变胞机构和柔性机构的应用及其特征
柔性机构优缺点与关键技术介绍
TIPS：
1.对于压电陶瓷存在的迟滞（一般在14%左右但迟滞曲线不唯一）、蠕变 现象的减小方法:
1)采用电荷控制方法; 2)采用在压电陶瓷两端串联小电容的方法; 3)Preisach数学模型; 4)通用化的Maxwell 模型; 5)多项式近似模型; 6)采用电阻和电容组成桥路;
7)压电陶瓷元件位移闭环（现有的控制方法有PZT控制和变速积分的 PI控制等）。 2.压电元件的输出位移随着负载刚度的增加而减少。 3.驱动器与执行器甚至传感器一体化集成设计——对整块的PZT或SMA材
缺点
飞机发动机研制的三大难题：
材料 设计
加工
柔性机构的部分关键技术：
材料
驱动
运放机构 并联机构 设计综合
分析
加工 封装检测
【1】通过选择材料来增大柔性机构的行程
梁矩在形失梁效自前由所端承在受力的F作最用大下变的形变为形：：
max 4EFb23hLS3E3 y
L2 h
Hale Waihona Puke 最大应力：可L2以ma/x看h出和6，bFh材最L2料大参变数形与几何S y尺/ 寸E 有关。
料进行激光切割，可免于装配，降低造价，甚至达到减振的功效，而且对于 改善机构甚至系统的动态性能也是大有禆益的。
其他驱动器：
尺蠖电机 直流电机 步进电机 音圈电机
超声波电 机
等等
TIPS：
3个原则： 1.高精度原则：欲保证运动输出端的高精度，除了选择类似高 精度驱动器外，运放机构也需要有高精度作保证； 2.功效损耗最小原则：运计机构作为传动系统，总要造成输入 端一定程度的功率损耗，原则上，这种功率损耗应该越小越好； 3.运放倍数决定运放机构拓扑结构原则：一般情况下，结构越 简单，性能越稳定，但是放大倍数也越小。
变胞原理和变胞机构类型
和 从最 古 老 的杠 杆 原 理 到 【’ 延 用 数 学 嘟 伸 到 机 构 分析与综 合
世 纪盛 行 的 应 世纪 下半 叶
,
年 这一研究
。
兴 起 的现 代机构研 究 和 机 器 人 的 发 展 经 发展成 一 门成 熟 的科学
。
使机 构 学 己
,
随 着机 构 学 的 发 展
应
起 源 于 应 用 多指 手 进 行 装 演 式 礼 品 纸 盒 包 装 的 研 礼 品 纸 盒 类似 于 花 样 折 纸 可 用 于 衍 伸 出 新 的 究
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每 行 和 相 应 的列 代 表 一 杆件
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构
典 型 的 空 间机 构 可 展 现 在 复合 折 六 面 体机 见图 和 , , 转动 副 一
,
。 、
,
、
,
、
组 成 球 面 四 杆机 构外 联 三 运动链
。
不 同 构态 可 以通 过 变 胞 方式 进 行 变化
,
不 同构
。
态 的拓扑 图
实现
。
和 邻 接矩 阵 月
,
,
可 以通 过 数学 演 变 而
这 一 数 学 演 变 由三 个初 等变 换矩 阵完 成
。
第
一 个 初 等变换矩 阵
通 过 行 列 相 加 将 一 杆件特 征
,
,
,
传 递 到 另一 杆件 第 二 个初 等 变换矩 阵 姚 通 过 行 列
年
柔性构件的名词解释
柔性构件的名词解释柔性构件是指一种具有柔软、可变形、可弯曲、可折叠的材料或组件，能够适应不同的形状需求和应变环境的构造件。
它们可以通过调整自身结构，实现更广泛的功能和应用。
柔性构件在不同领域中得到广泛应用，包括机器人技术、航空航天、医疗器械、电子设备和建筑结构等。
一、柔性构件的特点柔性构件的最显著特点是其可变形的性质。
与传统硬质材料相比，柔性构件能够以更大的自由度适应不同的变形需求。
这种可变形性不仅仅是简单的折叠或弯曲，还可以通过材料本身的改变实现更复杂的形状变化。
柔性构件的另一个特点是其轻型化和灵活性，使得它们能够适应不同环境的需求，并在各种场合中发挥作用。
二、柔性构件的应用领域1. 机器人技术柔性构件在机器人技术中扮演着重要的角色。
传统的机器人通常采用硬质材料构建，而柔性构件能够实现更自由的运动和更灵活的操作。
例如，柔性臂可以适应不同形状和大小的工作环境，使机器人在狭小空间或复杂环境中实现高精度的操作。
柔性手指也可以更好地模仿人类手指的灵巧性，实现更精细的操作。
2. 航空航天在航空航天领域，柔性构件被广泛用于飞机和航天器的设计和制造。
由于柔性构件的轻型化和可变形性，可以减少飞行器的整体重量，提高燃油效率。
另外，柔性构件还可以适应航空航天器在高速飞行和复杂环境中所引起的形变和应变，从而提高飞行安全性和性能。
3. 医疗器械柔性构件在医疗器械领域中的应用也越来越广泛。
柔性机器人手术系统具有较小的体积和灵活的结构，可以在手术中更精细地操作，并减少手术过程中的创伤和疼痛。
柔性传感器和监测器件可用于患者监测、病情诊断和治疗效果评估等方面。
4. 电子设备柔性构件在电子设备中的应用也日益重要。
可弯曲的电子屏幕和显示器使得设备能够适应不同的使用环境和需求，例如折叠手机和柔性电子阅读器。
柔性电池和柔性电路板则提供了更高的能源密度和更好的适应性，为电子产品的发展打开了新的可能性。
5. 建筑结构柔性构件也可以应用于建筑结构领域。
变胞机构的分类及其构态分析_金国光
机械科学与技术 F = 3( 3 - 4) + 4 = 1
第 24 卷
当机构最终展开到预定状态时 , 雨伞的锁紧装置生效 , 机构成为一个固定的 结构 , 自由 度消失。机 构示意 图如 图 7 所示的实线部分。
图 4 封闭的餐盒
处 , 形 成 一个 锁 紧装 置。 同 理 , 构件 10 和构件 12 进 入空 心 b 处 形成另 外一 个锁紧 装 置。对于提手部分 , 构件 5 连 接了 构件 5 和 构件 6 , 同 时 限制了构件 5 相对构件 6 的远离运动。 餐盒的最终结构 如图 4 所 示。此时 结构 中 , 主体结 构 是一个构件 , 提手部分为另外一个构件 , 两者之间通过一个 转动副连接。计算其自由度得 F = 3( 1 - 1) + 1 = 1 本例中 , 当机构最终转化为结构时 , 子机构达到极限位 置 , 构件数通过与其它构件的合并而减少 , 构件及运动副达 到物理上的极限。不 考虑附 加提手 部分的话 , 该 机构的 主 体部分成为没有相对 运动的过约束结构。 这一过程 形成 了封 闭 的餐 盒 , 对 应 机构 的 第 2 个 构 态。可见 , 该机构共有 2 个构态。由构态 1 到构态 2 , 机构 的有效构件数和自由 度均发生了变化 , 故 该机构为Ⅲ 类变 胞机构。 2. 2 可折叠雨伞 可用于实际生活 中的一款 自行车 折叠雨 伞 , 也是一 个 典型的变胞机构。如 图 5 所示 , 该机 构的初 始状 态由构 件 1, 2 , , 6 等 6 个构 件组 成的雨 伞被 约束 装置 固定 为一 个 整体 , 且被另外的约束装置固定于自行车机架上 , 与机架构 成一个自由度为 0 的 固定结 构 , 亦 即雨伞 与所连 接的机 架 成为一个构件。 该机构由构态 1 转换 到构态 2 的过 程中 , 其有 效构 件 数发生了变化 , 而其自由度 没有发生变化 (F = 1 ), 故该机 构为Ⅰ类变胞机构。 2 . 3 折叠架阵列 折叠架阵列是一种 折叠率较 大的可 展式机 构 , 它可 用 于航天器上的伸展机构 ( 如太阳能帆板机构等 ) 。
变胞机构结构设计方法探讨.kdh
＊基金项目： 国家自然科学基金项目(50675154)， 教育部科学技术研究重点项目(205012)， 天津市高等学校科技发展基金项目 （20041103 ）
第4期
唐国潮等： 变胞机构结构设计方法探讨
257
束， 相当于转动副， 两构件间有一个自由度； 如果圆柱销在销孔中 的位置不断变化， 则间隙转动副提供一个约束， 相当于高副， 两构 件间有两个自由度。因而， 槽销副是一个变约束运动副。
有固定的自由度。 1999 年， J. S. Dai & Rees Jones[1]首先提出了可变 自由度和可变构件数目的新型机构—变胞机构。 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概念和 机构设计方法； 除了高度可折叠特点外， 变胞机构可按不同的需 求， 在运动中改变构态， 从而提供可变自由度或可变构件数的机
（a ） 边边重合四边形综合机构
（a ） 单自由度四杆机构 （b ） 点点重合四边形综合机构 图 5 叠加法平行四边形综合机构 Fig.5 Superposition parallelogram General institutions
使用如上两种最基本的组合时， 每个组合四边形的折叠与展 开是同时进行的， 它们又有相互限制作用。如果将相交处的铰链 改成复合铰， 即可进行单个四边形的折叠与展开， 各四边形回路
胞伸展、 折叠机构的设计。这三种方法可用于根据结构学和运动 学条件来设计满足功能要求的变胞机构。 在变胞机构结构设计过 程中还要考虑变胞机构的各个构态及构态切换点动力学特性、 可 结合强度以及选材经济性等。 靠性、
4 应用举例
变胞机构有着广阔的应用前景， 在包装行业、 机器人技术、 航 空航天领域和连杆机构中都以其设计的巧妙性著称。 工具—拨线钳， 如图 8 所示。拨线钳夹住线缆前， 弹簧 C 处 于拉伸状态， 弹簧 D 处于压缩状态， 且弹簧 C 的作用力大于弹簧 D 的作用力。在 1 和 2 上加握力， 5 和 6 分别在其移动槽内向下 移动； 由于弹簧 C 的作用力大于弹簧 D 的作用力， 所以 A 和 B 并 6 上的拨线刀片卡住线缆的 不绕 O 转动；当 5 夹住线缆的一端， 另一端后， 5 和 6 向下运动被限制， 从而线缆被夹紧。继续增加握 力， A 和 B 绕 O 转动， 线缆外皮被拨开。 夹紧由 1、 2、 5 和 3、 4、 6组 合的变约束运动副完成，拨开线缆外皮由 A、 B、 C、 D 组成的限动 运动件法完成。 在航空航天领域， 变胞机构多用于可展开/收缩空间机械臂、 卫星可展开天线等。 如图 9 所示， 为可展开机构的一种形式， 利用 模块组合法组成的单复合铰机构。电机转动带动丝杆旋转， 使A 向 B 靠拢，平行四边形机构展开。类似平行四边形模块叠加越
平面变胞机构及其结构分析
关键词 ： 变胞机构；变胞运动副； 变胞运动链 ； 结构分析
中图分 类号 ： ＴＨＩ ２ １ 文献标 识 码 ：Ａ
Ｐｌ ｎａ ｅａ ｏ ｐ ｃｍ ｅ ｈ ｎｉｍ ｎｄ ｉｓｓ ｒ ｃｕ ａ ｎａ ｙ ｉ ａ ｒ ｍ ｔ ｍ ｒ ｈｉ ｃ ａ ｓ ａ ｔ ｔ ｕ ｔ ｒ ｌａ ｌｓｓ
ＧＵ Ｏ ｎ — ｅ Ｚｏ ｇ ｈ
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变胞 机构［ Leabharlann 概 念是 由英 国学者 Ｄｉ Ｒ ｅ １ ａ 和 ｅｓ Ｊｎｓ １９ ｏｅ 在 ９８年提出的． 之后 ， 国内外许 多学者 围绕 变胞机构的基 本概 念［ 、 ２ 构态变 换［的矩 阵演 变 、 叫］ ５ ］
Ｂ ｎ ｌ ｚｎ ｈ ｈ ｎ ｅ ｆＤＯＦ ｏ ｌｎ ｒｍｅ ａ ｒ ｈ ｃ ｍｅ ｈ ｎｓ ， ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ｅａ ｙ ａ ａｙ ｉｇ ｔ ｅ ｃ ａ ｇ ｓ ｏ ｆｐ ａ ａ ｔ ｍｏ ｐ ｉ ｃ ａ ｉｍ ｈ ｏ ｃ ｐ ｆｍ ｔ —
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基于变胞机构的移动机器人构型设计分析
基于变胞机构的移动机器人构型设计分析摘要：传统设计模式的移动机器人配置形式单一，机构运动关系相对固定，无法在复杂的地质条件中快速通行。
而作为一种新的机构形式，变胞机构能够瞬时使机器人的构件合并或者分离，机构构件数量与自由度数变化迅速，对不同地质环境有着极强的适应性，具有灵活性、稳定性的运动特点，本文将对变胞机构机器人做出研究与分析，探究其构型设计要点。
关键词：变胞机构；移动机器人；构型设计引言：近年来，人工智能已经被广泛应用于各个领域，特别是机器人领域，机器人技术已成为行业研究热点，因行业的特殊性质，机器人需要在不同环境下执行高难度任务。
从功能条件划分，机器人主要分为移动式和操作式机器人两种，移动机器人内的机器装置可自动执行特定任务，也能根据场景改变用于交通运输或者环境勘察等方面。
1.变胞移动机器人的工作环境要求目前变胞移动机器人主要被用于执行事故灾难、自然灾难或者山体坍塌等一系列突发性事故的救援与勘察，设计出一款能够灵活穿梭于现场、可承重运载的移动机器人至关重要。
分析事故现场对机器人提出的功能要求，主要包含以下几方面内容：在平整的地面可以快速通过，在阶梯和陡坡位置稳定匀速的通过；空载状态下能够高速行驶；可躲避或者直接跨越障碍物，必要时可垂直攀爬越过障碍物。
在不同的构态下分析变胞移动机器人的工作原理，具体如下：（1）变胞源构态，可适应空载的工作状态。
机器人变胞机构内自由度的变化会直接影响运动方向，设计机构时刻利用该特性对变胞机构最初运动方向加以控制。
机器人源始构态可描述其常规构态，大小腿连杆和趾骨连杆有着相对独立的自由度，所以变胞移动机器人可以实现12个自由度的驱动运行。
（2）第一构态，可适应凹凸路面的稳定运输。
此时大腿与小腿连杆之间固接，杆件数量减少，这种情况下机器人可用于救援现场，能够在现场爬楼梯。
（2）第二构态，适合用于地面上的高速运行。
大小腿连杆形成直连杆，与移动平台平行，趾骨连杆和小腿连杆相连，履带行走轮组和机构趾骨并联，为机器人行走和转型提供足够的动力，使机器人运行更加平稳。
柔性机器人的机构设计和控制研究
柔性机器人的机构设计和控制研究柔性机器人是一种具有柔性、可变形、柔软的外形、易于操作和移动的机器人。
与传统的刚性机器人相比，它能够适应不同的工作环境和不同的任务要求。
因此，柔性机器人正在越来越广泛地应用于各种工业机器人、医疗机器人、救援机器人等领域。
本文将重点介绍柔性机器人的机构设计和控制研究。
一、柔性机器人的机构设计柔性机器人的机构设计是实现其柔性、可变形的关键。
目前，主要的柔性机器人机构设计包括软体机器人和有刚骨的柔性机器人两种。
1.软体机器人软体机器人是一种全身都是软体、可任意变形的机器人。
它与自然生物的柔软体形态相似，具有较好的柔韧性和柔性。
软体机器人的机构主要包括柔性传动机构、柔性传感机构和柔性操纵机构。
其中，柔性传动机构采用软质材料来传递机械力和能量，可以被弯曲和拉伸来实现各种运动；柔性传感机构则是采用柔性传感器来实现对外界环境的感知和反应；柔性操纵机构则是采用柔软杆件或软质机构来实现机器人的操纵。
软体机器人与刚性机器人相比，缺点是其控制较为复杂，动力学分析困难，并且在高速和高精度运动方面存在一定的限制。
2.有刚骨的柔性机器人有刚骨的柔性机器人是一种在机器人体内加入刚骨杆件来增强其刚度和稳定性的机器人。
这种机器人利用柔性杆件来实现多自由度运动，同时又在柔性杆管内嵌入了刚性杆件来弥补柔性管的缺陷，达到了柔韧性与刚度兼备的效果。
这种机器人的设计方法有三种：增量式、增量式基础上的模块化设计和全模块化。
其中，增量式设计需要先确定好机器人的主体结构，然后逐步增加和优化部件；增量式基础上的模块化设计则是在增量式设计的基础上，将机器人整体分为若干个模块，每个模块都是一个相对独立的机构；全模块化则是将机器人的每个部件都设计为一个模块，每个模块都可以与其他模块自由组合。
这种机器人的优点是稳定性好、运动精度高、运动自由度多、速度快，但相应的缺点是控制复杂，且需要集成先进的传感、控制和算法技术。
二、柔性机器人的控制研究控制是柔性机器人实现精确运动和目标完成的关键。
柔顺机构的分析与设计
组员：付 帅 卢 云 张俊飞 周 杰
传统机构VS柔顺机构
机构是用来进行运动，力或能量传递或转换 的机械装置。 传统刚性机构是由运动连接刚性杆组成的。因 为能量在输入和输出之间守恒，因此输出力可能比输 入力要大得多，但输出位移要比输入位移小得多。 柔顺机构也能传递或转换运动、力或能量，但与 刚性机构不同，柔顺机构不仅由运动副传递运动，还 至少从其柔性部件的变形中获得一部分运动。
下表1列出了一些材料的屈服强度、杨氏模量以及强度 与弹性模量的比值。
无论合金中加入什么元素或者进行何种热处理，大多数金属的 杨氏模量基本保持不变。
值得注 意
表1 一些材料的屈服强度与弹性模量之 比
例如，表1中列出的低强度钢和高强度钢具有相同的 弹性模量。当材料进行热处理或者冷加工时，其屈服 强度和拉伸强度都会增加，材料也会变得更脆。这时， 像裂缝、凹陷、空隙和杂质等缺陷问题就显得更加重 要，还要考虑机构的失效和对应力集中的敏感度等问 题。 具有最高强度与杨氏模量之比的材料能在失效前获得 更大的变形，它是在柔顺机构的材料选择上最重要的 参数之一。
柔顺机构主 要有以下两种类型： ①以柔性铰链为主要 特征的柔顺机构。 ②以柔顺杆为主要特 征的柔顺机构。
以柔顺杆为主要特征的柔 顺机构则是依靠机构中较 薄的柔顺杆的弹性变形来 进行运动或力的传递和转 换。主要用于轻型化机构， 如：柔顺超越离 合器、柔顺卷边机构等
以柔性铰链为主要特 征的柔顺机构是依靠 机构中柔性铰链中间 较为薄弱的部分在力 矩作用下产生较明显 的弹性角变形来完成 运动或力的传递和转 换。主要用于精密测 量仪器，如：陀螺仪、 加速度计记录仪、表 面控制、调制器、阀、 计算机等
（11） 末端有力矩作用的梁的末端转角为 （12） 整理可求出M为 （13）
柔性壳体或薄膜原理的应用
柔性壳体或薄膜原理的应用简介柔性壳体或薄膜原理是一种基于材料的弯曲性质和应力分布来实现不同功能的应用。
在各种领域中，柔性壳体或薄膜的使用正变得越来越普遍。
本文将介绍柔性壳体或薄膜原理的基本概念以及其在不同领域的应用。
柔性壳体或薄膜的特点1.柔软性：柔性壳体或薄膜具有高度可弯曲性和可塑性，可以适应不同形状和曲度要求。
2.薄膜性：柔性壳体或薄膜通常具有非常薄的厚度，可以用于制作轻巧的设备。
3.变形性：柔性壳体或薄膜可以在受外力作用下进行各种不同形式的变形，如弯曲、拉伸、压缩等。
应用领域1. 传感器技术•柔性壳体或薄膜可以应用于传感器技术中，用于检测和测量。
例如，在压力传感器中，柔性壳体可以根据受到的压力变形，从而测量和反馈相应的压力数值。
•温度传感器也可以利用柔性壳体或薄膜原理来测量环境温度。
柔性薄膜材料的导电性质随温度变化而变化，因此可以作为温度传感器的敏感元件。
2. 柔性电子产品•柔性壳体或薄膜在电子产品中的应用越来越广泛。
例如，可折叠式智能手机、可穿戴设备等都采用了柔性薄膜技术，使设备可以在不同形状的展开和收起之间自由切换。
•柔性薄膜电子产品还可以在医疗领域得到应用，如可穿戴心电图仪、贴片温度监测器等。
3. 生物医学工程•柔性壳体或薄膜在生物医学工程中的应用有很大潜力。
例如，可定制的柔性电极贴片可以用于脑机接口技术，将人脑信号转化为可理解的数据。
•另外，柔性壳体或薄膜还可以用于修复和替代组织，如人工皮肤、人工血管等。
其结构和柔软性能与人体组织相似，能够更好地适应人体的生理要求。
4. 高分辨率显示技术•柔性壳体或薄膜在高分辨率显示技术中具有重要作用。
例如，柔性OLED（有机发光二极管）显示屏采用了柔性薄膜作为基底材料，使显示屏可以根据不同的曲率实现弯曲和折叠，提供更加灵活的显示方案。
•利用柔性壳体或薄膜原理，还可以制造出可卷曲的显示屏，如可卷曲电视、卷曲屏幕等。
5. 智能运动材料•柔性壳体或薄膜在运动材料中的应用也非常广泛。
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HUNAN UNIVERSITY 高等机构学论文论文题目: 变胞机构和柔顺机构的应用及其特征学生姓名:学生学号:专业班级201年月日1.变胞机构1.1变胞机构的提出及研究对象变胞机构(Metamorphic mechanism)的概念是由University of London的戴建生与Rees Jones于1998年在亚特兰大(Atlanta)召开ASME第25届机构学双年会上提出的[1]。
该机构的发现起源于对胞装纸盒的研究，按照传统机构的概念，把折叠纸盒的纸板看作杆件，把折痕看作运动副，这样对纸盒的研究就可以等效为对相应机构的研究.在纸板折叠成纸盒的过程中，绕折痕将对应的各个纸板连在一起时，机构的有效杆件数目发生了变化，从而机构的自由度数也将发生改变，这显示了变胞机构是一种具有构态变化和自动组合等特点的机构，它能在不同的状态下提供不同的自由度数，并自动组合成一种新的结构，以适应不同的功能需要。
图1-1所示的六面体是变胞机构的一个典型例子，在该六面体结构中，两个面之间的夹角均相等，将其展开成平板形式，如图1-2所示该平板由三个成L形连接的正方形纸板组成，图1-2中的虚线为折痕。
图1-1 折叠起来的六面体图1-2 六面体的展开图纸板沿折痕竖起相当于杆件绕转动副作旋转运动。
折痕和纸板的连接关系是运动副和连杆的连接。
如图1一所示是六面体机构的等效机构示意图和实物图，纸板绕折痕旋转时，该六面体机构将出现几种不同的状态，机构的有效杆件数目和自由度数都将发生变化.图1-3(b)所示的是该机构的始态，旋转纸板，将侧板4'与板1固定，这将形成一个运动副，与之相应的六面体结构就减少了有效杆件的数目。
在第二个状态里，机构由铰点((1,2),(2,3)、(3,4)和(4,1)形成了一个具有4个“腿”的球形的联动装置，铰点被连为一体且可以自由转动。
当固定3'板和5板的时候就出现了该机构的第三个状态，这时机构将变成一个如图1-1所示的具有多个铰点的六面体结构。
在整个运动过程中机构的连接杆件数目和连接性都已经发生了改变，因此该机构是一个典型的变胞机构。
(a)六面体等效机构图 (b)六面体机构的实物图图1-3六面体机构等效机构图和实物图图1-4说明了该机构的构态变化，图1-4(a)和图1-4(b)显示了该机构的始态和终态的拓扑图。
(a)合并前示意图 (b)合并后示意图图1-4机构折登合并前后的拓扑图传统机构一般定义为由一定数目的刚性构件通过运动副连接组成的机械系统，变胞机构则是指机构由一种构态变换到另一种构态时机构的有效杆件的数目发生变化，从而机构的自由度数发生改变的一类机构。
这种机构可能以一种开链的形式开始，最后变成一个结构。
因此，变胞机构主要的研究对象是在运动过程中有效杆件数目和自由度数可变的多杆机构。
1.2变胞机构的国内外研究现状Dai.J.S和Rees Jones J在1999年应用图论和邻接矩阵的方法，对一些典型变胞机构的等效机构和构型变换进行了进一步研究，提出了一种用矩阵运算描述机构构态变换的方法。
戴建生和张启先于2000年首次在国内介绍了变胞机构的概念和特点。
2001年台湾成功大学Lee和法国Herve提出了断续自由度(Discont inuity Mobility)机构。
2002年李端玲等综合运用旋量理论、图论、多回路机构分析等多种方法，对魔术花球机构的自由度和构态变化进行了分析，对机构的构成原理和机构中的运动链展开进行了计算，完善和发展了变胞机构的理论。
2003年李端玲对变胞机构的机构学进行了分析，提出了一种行之有效的变胞机构构态变化的矩阵消阶法和一种变胞机构结构综合的方法，推动了变胞机构的理论发展:新加坡南洋理工大学Chen等开发一种变胞水下车，利用变胞思想变换车型，通过控制车的构态变化，来完成所需的任务。
2004年刘川禾等在研究了变胞机构后，提出了变胞的三种方式;北京航空航天大学田娜、丁希仑等开发的火星变胞探测车，利用变胞原理采用构件变换，使该车型变换不同的行走方式。
2005年郭宗和等对变胞机构的基本理论进行了研究，规范了变胞机构的定义、变胞的目的、变胞机构的分类和变胞的方法且提出了变胞运动链的概念和几种变胞运动副。
2006年张贞等利用一系列矩阵运算，对变胞机构的结构综合进行了研究，提出了任意构态的变胞机构的结构综合方法。
变胞机构的研究目前在国内外都处于起步阶段，自从该机构提出以后，已经引起了许多国内外学者的关注，但变胞机构的理论还有待完善。
1.3变胞机构研究的理论意义变胞机构是从一个崭新的角度来研究机构学，基于生物学中细胞分裂和再生的概念，对该机构命名了一个全新的机构概念。
变胞机构改变了传统机构学的形式分析和构件数分析，有望对传统机构学的机构概念和设计方法有所突破，促进传统机构学的发展.对这种新机构的研究除了有关结构学、运动学和动力学外，还涉及到图论、李代数和旋量理论等知识，是一个综合性的研究并占据了国际上机构学和机器人学的理论前沿，对它的进一步研究，将有望提出机构学研究的新理论和新方法.变胞机构的提出在传统意义的机构学基础上突破了传统机构的定义，从而使机构学的研究有了更宽广的意义。
变胞机构提供了新的空间可扩展式机构，随着对变胞机构研究的深入，将有更多的发现，也将研究出一些新机器、新构型，为发明新机械和改进现有机械的性能提供有效的理论依据和方法。
1.4变胞机构研究的实际应用变胞机构的提出引起了国际机构学和机器人学研究领域的关注。
它除了对机构学理论的进一步发展做出了贡献外，还具有广泛的实际应用。
(1)在机器人技术中的应用利用自动组合这一特点，可将变胞机构的重组和重构特点用于机械制造和机器人研究中，如:可展开2折叠式空间伸展臂，巡线机器人，爬行机器人和特种机器人等，这将对机器人技术的发展具有重大意义。
(2)在胞装机械中的应用变胞机构的概念是在对复杂多样性灵巧胞装折叠纸盒的研究中提出的，对该类机构的研究，将对胞装业的自动化设计和自动化流水线的研究有推动作用。
如适应多种形式的多样性折叠胞装机械的设计和制造，对现有胞装机械进行改进等。
该研究可以使机械具有更多的功能选择和重组、重构的特征。
如何从可扩展式机构向新的机构发展，构想出一种具有重组和重构特性的机构，这是一个新的挑战。
它有机地熔融于手工艺品和灵巧纸盒中。
对这种新机构的研究也将把机构分析方法应用于手工艺品和胞装品的设计研究中，该研究对传统的胞装机械提出了工艺上的挑战，对多指灵巧机械手提供了新的应用领域。
(3)在连杆机构中的应用除了高度可折叠特点之外，变胞机构可按不同的需求，在运动中改变构态，从而可提供具有不同自由度数的机构。
例如从单一构件变化到四杆机构、五杆机构甚至是更多杆机构，从而扩大了机构的适用范围。
同样，该类机构可完成在运动中从串联到并联和从并联到串联的机构构态的自动转换，这些都是传统机构学无法做到的。
(4)在航天领域中的应用在航天技术中，由于受到运载工具有效载荷舱几何尺寸的限制，卫星和空间站不可避免地大量采用可伸展可组装结构形式，所以折叠式和可扩展式机构的研究成为国际上的一个研究热点，如由Costabile等在1996年研究的大型卫星天线Spence等在1995年研究的发射架装置都采用了折叠机构。
变胞机构具有构态变化和自动组合的特点，能在不同的状态提供不同的自由度数，自动组合成一种新的机构，适应不同任务，且在运动过程中可以通过机构自身杆件的相互合并达到高度的可折叠可伸展性，极大的减少了运载工具所携带的机构的数量，节省了载荷仓的空间。
因此对变胞机构的研究可以为航天的发展提供新型的空间可扩展式机构，有望取代以往传统的折叠机构。
(5)在其他方面中的应用变胞机构可展开、可折叠特性在许多方面都可以得到广泛应用，如折叠式机车、可折叠自行车、可折叠摄像机架、折叠梯、帐篷、便携式旅行架、升降架、军事掩体、临时建筑和变形玩具等。
在航海上也有类似的应用，如潜艇救援和海上人员换乘设备，逃生装置等。
随着对变胞机构研究的深入，将会有更多的发现，其应用前景也将更为广阔。
2.柔性机构2.1柔顺机构定义柔性机构有部分柔性机构和全柔性机构之分，其中全柔性机构又分为具有集中柔度的全柔性机构和具有分布柔度的全柔性机构。
前者的特征是柔性运动代替了全部的运动副，后者的特征是无传统的铰链，柔性相对均匀的分布在整个机构之中。
2.2柔性结构优点相对于传统的刚性结构而言，柔性结构具有以下优点：①可减少构件数目，无需装配，从而降低了成本；②无需铰链或轴承等运动副，运动和力的传递是利用组成它的的某些或全部构件的变形来实现；③无摩擦，磨损及传动间隙，无效行程小，且不需要润滑，可实现高精度运动，避免污染，提高寿命；④可存储弹性能，自身具有回程反力。
⑤易于小型化和大批量生产；⑥易于和其他非机械动力相匹配。
2.3柔性机构应用由于柔性机构有以上优点，使得它在微机电系统（MEMS）,精密定位，无装配设计和仿生机械等领域中得到广泛的应用。
作为柔性机构最简单形式之一的柔性铰链具有结构紧凑，体积小，无间隙，无摩擦，无需润滑，运动平滑连续喝位移分辨率高（最高可达1nm）等优点，目前已经在航空，宇航，精密测量，光学工程和生物工程领域获得重要的应用。
但是由于其反复变形容易引起疲劳破坏，对于具有集中柔性的柔性机构又容易出现应力集中现象，大变形引起的非弹性变形加上其设计和分析的难度，使得它在实际应用中受到一定的限制。
微电子机械系统(MEMS)的机械和电子组件是由单一的过程装配在一起的,但是,在这两种组件的设计和装配的自动化方面存在着不平衡现象。
总的来说,按照典型的“从功能到装配”的方式来自动化地设计微电子线路并不困难。
在此过程中,机械组件要达到相同的自动化程度则要困难得多。
为了完全自动化地设计和装配MEMS,以获得较好的经济效益,因此像微电子线路那样对微型机械设计过程开发恰当结构就很有必要。
但传统的机械结构是由刚性绞链连接组成的,它不能满足这点及以下这些微观领域内的要求:①消除装配需要;②把全部机构限制在同一平面的一个或两个层内;③减轻摩擦的不利影响柔性机构(一种能够全面弯曲的机械)能满足以上所有的要求,并且具有系统综合的潜能。
目前研究的焦点在于该机械的综合方面及寻找系统的研究方法。
在柔性机构中,功能行为(如所需的弹性变形)是物质实体的拓扑结构、形状、尺寸的直接结果,这三种特性一起提供了实体在外载荷下变形及所需的运动的本质能力。
因此拓扑结构、形状、尺寸决定了该实体是否是柔性结构。
2.3.1全柔性机构在MEMS中的应用近几年来,日本、美国、欧洲等各国都投入大量资金进行全柔性机构的研究与开发,在进行基础理论研究的同时,已相继研制出了一些各具特色的MEMS产品或实验样机以作为MEMS的主体。