本发明公开了一种变刚度柔索驱动7自由度串联喷涂机械臂，包括有大臂、小臂、腕关节、肘关节、肩关节和底板，小臂通过肘关节绕大臂转动，腕关节有三个自由度，包括柔索驱动的锥齿轮差动轮系，肘关节是单自由度，包括柔索张力放大的肘关节驱动模块，且两侧安装有变刚度模块，小臂内壁安装有肘关节与腕关节解耦模块，肩关节有三个自由度，包括肩关节解耦模块和肩关节耦合驱动模块。本发明的电机驱动模块全部放置在底板上，实现机械臂的轻量化和低转动惯量，且多组柔索通过一系列解耦模块互相不干涉。本发明结构设计合理，实现了较大工作空间内的冗余自由度运动，解决了柔索驱动力不足的问题，同时提高了人机交互的安全性，适用于喷涂等作业任务。