变胞机构是1998年在25届ASME机构学与机器人学双年会上首次提出的新机构，代表了一类能从一种结构形式变换到另一种结构形式的机构或装置。在结构形式变换过程中，有效构件发生变化改变了组成，自由度也可能发生变化。这一新类型机构能够根据环境和工况的变化和任务需求，进行自我重组和重构，具有广泛的应用前景。变胞机构的提出给传统的机构学带来了生机与活力，它改变了传统机构学的概念和机构设计方法，也为机构学研究提出了新的课题。根据构件间相对运动，机构可分为平面机构、球面机构和空间机构。本文主要讨论平面变胞机构在运动过程中由于外界的作用力使得机构的自由度及构件发生变化，进而使构态出现新的变化，并通过这种变化实现输出构件的间歇运动进而将其用于对传统粉料压片机下冲头传动机构的改进。
1.平面变胞机构间歇运动的实现方式
图1所示的是一个传统的曲柄滑块机构，机构只有一个自由度，即自由度F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1(其中：为活动构件数目，PL为低副数目，PH为高副数目)。
图1曲柄滑块机构
AB为原动件，驱动滑块D直线运动。当输出滑块D受到挡块E的阻挡时，整个机构的自由度F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-1=0，机构将无法继续运动下去。如果我们对这个曲柄滑块机构进行如图2所示的改造。
图2移动停歇的变胞机构
AB杆由直杆件改为空心曲柄槽，滑槽的长度与AB杆一致，BD杆的B端铰接在滑块B上，而滑块B则由一端固定在滑槽底部的弹簧紧压在滑槽的顶部。此时机构自由度为F=3n-2PL-PH=3×4-2×5=2，当滑块被弹簧压紧在曲柄槽的顶部时，机构仍然相当于曲柄滑块机构。但当滑块D受到挡块E的阻挡时，滑块D实现停歇。而AB曲柄槽在驱动力的作用下继续运动，滑块B沿着滑槽向下运动。因此，即便滑块停歇，机构仍然可以继续运动下去。此时，机构的自由度为F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-1=1，机构的自由度发生了变化；与此同时，原机构的AB杆和BD杆也由原来的RRRⅡ级杆组演变为杆BD和滑块B组成的RRPⅡ级杆组，机构的原形构态也发生了变化，形成了新的机构，这就是我们所说的变胞机构。由于该机构的运动形态主要是二维的，所以称之为平面变胞机构。该机构通过对传统的曲柄滑块机构进行改造，使得原有机构在输出件受到外力作用时，整个机构由原来自由度为0的静止状态变化为自由度为1的运动状态，同时输出构件能够实现有停歇的往复移动。
2.尺度综合方法
如图3，对图2所示的平面变胞间歇机构进行尺度综合。主动件转过角δ0时，从动件向左移动距离S；主动件接着转过角δS时，从动件停歇；主动件再转过剩余角度δ0’时，从动件向右移动S。机构运动的各极限位置如图3所示。
图3尺度综合
综合过程：预取主动曲柄的长度日、初始位置A0A1，根据角度δ0、δS可作出曲柄动铰链点A2、A3。在一定范围内任取连杆长度b，当曲柄处于A0A1时，滑块处于极限位置，曲柄与连杆共线，由此可作出滑块动铰链点B1。以连杆长b为半径，A2、A3为圆心画圆弧，交点即为B2(或B3)。连接B1B2(B3)的直线即为滑块的导路。量取线段BlB2的长度，以比例S/B1B2缩小或放大机构，即得到原设计要求的机构(注：a为曲柄最大长度，在A2、A3之间，曲柄长度将自行缩短)。
3.实例
3.1改进原理
图4所示为一粉末压片机的下冲头运动示意图，压片机可将粉状物料压成圆片制品。
图4压片机下冲头(凸轮)
将粉料定量装入模具型腔内，离去料桶。上冲头到位后，上下冲头同时动作，将粉状物料压成圆片状，技术要求每分钟生产20片。为了保证压片成品形状稳定，加压时冲头需停留1秒，其下冲头的停歇运动由传统的凸轮机构实现。图5为平面变胞间歇运动机构用于下冲头的机械运动机构改进示意图。
图5压片机下冲头(变胞机构)
将图2所示的平面变胞机构用于下冲头的传动，当上下冲头同时加压时，相当于图2中滑块遇到挡块，此时滑块停歇，曲柄继续运动至一定角度，压片动作结束，滑块(下冲头)回程，从而实现有停歇的往复移动。
3.2具体设计
技术要求每分钟生产20片，即3秒钟生产一片，其中停歇1秒，因此可将图3中的δ0、δS及δ0’均设为120°。采用本文前述的尺度综合方法(如图3所示)，取曲柄长口=600mm，连杆长b=1500mm，则由作图法可作出并量得B1B2=807mm。根据生产实际取滑块行程S=200mm，以比例S／B1B2=200／807=0.25缩小机构，即得到设计要求的机构。
3.3凸轮机构与变胞机构的比较如图4所示，要实现粉料压片机下冲头的停歇，传统的传动机构采用凸轮机构。凸轮的设计通常采用图解法或解析法。图解法设计凸轮轮廓曲线的缺点在于设计精度有限、作图步骤繁杂。解析法虽然可以实现精确的凸轮轮廓曲线设计，但是凸轮轮廓曲线的计算繁琐、公式推导困难，而且编程复杂、不易修改、容易出错，因此采用解析法设计必须具备较高的设计能力。与此同时，无论是解析法还是图解法设计凸轮轮廓曲线都无法克服凸轮轮廓曲线加工困难、精度难以保证的缺点。与此相反，采用平面变胞间歇运动机构来实现压片机下冲头的运动规律，只要按照本文介绍的方法进行简单的尺度综合，就可以完全实现机构的设计要求，并且机构的加工非常容易。需要说明的是，采用变胞机构对粉料压片机进行的改造主要是对下冲头传动机构的运动学方面的改造。平面变胞机构可以容易地实现下冲头的运动规律，但是也有滑块遇到阻挡时的动力学冲击问题。通常，在平面变胞机构中的碰撞冲击问题的解决办法是采取施加减震阻尼。因此，在粉料压片机中粉料由粉状被压至硬片的过程相当于一个对机构外加阻尼减震的过程，而这对粉料本身的材质、细度等参数有一定的技术要求，值得在今后的改造研究中进一步探讨。
4.结论
变胞机构可以很容易地实现机构的停歇，并且这种停歇可以根据需要的停歇时间，综合相关构件尺寸得以准确实现。而以前，机构的停歇通常只能采用凸轮机构实现，设计较为复杂、制造较为困难。并且通过修改机构尺寸我们还可以对机构的停歇进行调整；此外，变胞机构还可以实现过载保护。当输入荷载太大时，机构的自由度和构态发生变化，机构继续运动，构件受力不致太大，从而起到过载保护的作用。