紡織基軟體機器人結構設計與驅動性能研究

楊夢馨 李浩云 Iqbal M Irfan 孫豐鑫

摘要：針對現(xiàn)有軟體氣動機器人制備成本高、設計靈活性差、功率密度低、控制技術復雜等問題，文章以鞘芯結構的滌綸/氨綸彈性紗為基材編織針織羅紋組織，以滌綸紗為緯向襯墊紗間隔織入，形成力學各向異性的針織襯緯組織，并將該襯緯組織作為包覆層與氣囊內(nèi)膽裝配，實現(xiàn)具有高致動應變、低能量耗散的高性能紡織基氣動機器人開發(fā)。文章通過力學性能和驅動變形測試，表征分析了襯緯組織織物層的各向異性力學特征和針腳排列方式等因素對軟體機器人驅動性能、變形特征、輸出力和運動狀態(tài)的影響規(guī)律。結果表明：紡織基軟體機器人展現(xiàn)了優(yōu)良的彎曲應變（彎曲曲率可達0.27 cm），高的驅動力輸出（13 N/kg）。此外，開發(fā)的紡織基氣動機器人具有低成本、設計靈活快捷、操控簡單等優(yōu)勢，可通過編織結構設計和針腳方向的配置實現(xiàn)多模式的復雜變形，在可穿戴醫(yī)療康復訓練設備和軟體抓取器件等領域具有可觀的應用前景。

關鍵詞：軟體機器人；智能驅動器；多模式運動；醫(yī)療可穿戴；紡織結構；預編程

中圖分類號：TS05; TP302.7

文獻標志碼：A

文章編號：10017003（2024）02000108

DOI：10.3969/j.issn.1001-7003.2024.02.001

收稿日期：20230619;

修回日期：20231220

基金項目：國家自然科學基金項目（12272149;11802104）；中國博士后科學基金項目（2023M741400）；國家重點研發(fā)計劃項目（2017YFB0309200）

作者簡介：楊夢馨（1997），女，碩士研究生，研究方向為織物基氣動軟體機器人。通信作者：孫豐鑫，副教授，fxsun@jiangnan.edu.cn。

軟體機器人能夠完成傳統(tǒng)剛性機器人所不能完成的復雜任務。與剛性機器人相比，它們具有靈活性好、順應性強、功率密度高、驅動簡單、交互安全等優(yōu)點。因此，軟體機器人被廣泛應用在內(nèi)科手術操作、農(nóng)業(yè)采摘、柔性機械手和可穿戴設備等領域。

由于氣動軟體機器人響應快速、人機交互性友好、良好的復雜環(huán)境適應性等特性，受到研究者和工業(yè)界的普遍關注。現(xiàn)有氣動軟體機器人設計中最常用的材料是硅基彈性體、聚乙烯彈性膜等，然而，這些彈性體的制作過程一般較為復雜，固化過程耗時，且固化后難以循環(huán)和再利用等問題，因而制備成本較高。另外，常見的彈性體膜往往是力學各向同性的，因而氣體驅動中難以實現(xiàn)單一方向膨脹，易造成能量的損耗。具有多尺度結構的紡織材料，可以通過結構編程設計，實現(xiàn)各向異性的力學性能，為解決該問題提供了途徑。而且紡織品制備工藝成熟、生產(chǎn)效率高，同時具備好的柔順性、質(zhì)量輕、力學魯棒性等明顯優(yōu)勢，以及優(yōu)異的觸覺舒適性和親膚性。因此，紡織基軟體機器人成為人機交互和可穿戴領域的理想候選者。

現(xiàn)有紡織基軟體機器人研究主要是將纖維、紗線、織物等應變限制器結合到柔性物體上，當驅動膨脹時，應變限制器會施加限制作用力，控制特定的形狀，如彎曲、扭轉、螺旋等。但是，對于纖維和紗線限制器來說，它們在驅動過程中會對彈性體產(chǎn)生剪切作用，導致氣囊破裂并嚴重降低軟體機器人的耐用性。在織物限制器方面，哈佛大學率先提出了針織和機織復合使用的彎曲變形軟體機器人，然而基于傳統(tǒng)織物結構設計的氣動驅動器因織物層仍存在多方向相似的彈性而導致驅動應變小和驅動效率低等問題。

鑒于此，本研究將襯緯針織組織引入氣動驅動器的織物層，并通過改變針腳方向和材料楊氏模量誘導驅動器不同的變形模式，從而實現(xiàn)軟體機器人可預編程的多模式運動。此外，本研究進一步展示了軟體機器人可用于多種材質(zhì)物體的抓握和人體輔助運動等應用，在智能紡織品和其他醫(yī)學康復領域展現(xiàn)了可觀的應用前景。

1 實 驗

1.1 材 料

44.4 dtex氨綸（諸暨利群化纖有限公司），69.9 tex滌綸（青島宏利紗線有限公司），厚度0.3 mm、邵氏硬度25彈性氣囊（常州嬴安楊儀器有限公司），尼龍扎帶（上海以瑟電子科技有限公司）。

1.2 儀器與設備

FA507B型環(huán)錠細紗機（無錫恒久電器技術有限公司），HZL-357ZP-C型縫紉機（日本重機），Micro LAB-110型高速攝像機（美國阿美特克），CMT6103型電子萬能試驗機（山東萬辰試驗機有限公司），F(xiàn)A2004N型電子天平（常州市衡正電子儀器有限公司）。

1.3 氣動軟體機器人的制備

1.3.1 各向異性針織護套層的制備

首先采用FA507B型環(huán)錠細紗機紡制氨綸包芯紗，紡紗工藝：以6.6 g/10 m滌綸粗紗、44.4 dtex氨綸絲為原料，紡制15 tex氨綸包芯紗，捻系數(shù)340，總牽伸24倍，后區(qū)牽伸1.1倍，氨綸絲牽伸倍數(shù)3.5倍。細紗機工藝參數(shù)：前羅拉隔距 18 mm，后羅拉隔距45 mm，錠速12 000 r/min。基于襯緯結構的各向異性針織物在雙針床電腦橫機上進行編織，以氨綸包芯紗為成圈紗、高模量滌綸紗線為襯墊紗，機號E20，編織寬度127 cm。在織造過程中，包芯紗由前后織針間隔鉤住，相互交錯，交替形成前后線圈，高模量滌綸紗線嵌入線圈對之間。通過優(yōu)化襯緯針織物的間隔針跡，可以增強布面的穩(wěn)定性，并保持布面的彈性。最后將滌綸紗線用HZL-357ZP-C型縫紉機在距兩側布邊各10 mm的地方縫制一條應變限制紗線以形成應變梯度誘導彎曲應變，再將長方形織物平行于經(jīng)向的兩邊用滌綸紗線縫合在一起形成圓筒形針織護套。

1.3.2 氣動軟體機器人的組裝

將各向異性襯緯組織的針織護套層包裹在半徑8 mm、長度200 mm的薄壁圓桶彈性氣囊外，用3D打印機打印半徑8 mm的導氣管并與氣囊、織物層裝配固定在一起，如圖1所示。為了保證氣密性，氣囊與導氣管間用膠黏接，然后用扎帶環(huán)繞在導氣管和氣囊黏接處并同時將織物扎結固定。由于軟體機器人的裝配是將二維的襯緯織物層采用彈性較低的滌綸線進行縫合形成三維管狀形態(tài)，因此縫合線可作為應變限制紗。將軟體機器人有應變限制紗線的一側稱為低彈性區(qū)，其他區(qū)域則稱為高彈性區(qū)，由此使圓柱形驅動器沿著徑向形成模量梯度。連接自主設計的氣動控制系統(tǒng)，在氣體驅動時，高彈性區(qū)域優(yōu)先在縱向上產(chǎn)生應變，而低彈性區(qū)域被限制應變，此時軟體機器人形成彎曲變形效果，實現(xiàn)紡織基彎曲軟體機器人的構建。

1.4 測試與表征

1.4.1 結構與性能測試

拉伸性能測試：將設計的襯緯針織物層剪成30 mm×200 mm大小，使用CMT6103型電子萬能試驗機對織物層進行拉伸性能測試，設置夾持距離100 mm，拉伸速度100 mm/min，預加張力為1 N，每種樣品分別測試3次，測量值以（平均值±標準差）表示，得到不同織物的應力應變曲線。

加壓后彎曲曲率表征：使用Micro LAB-110型高速攝像機拍攝加壓后軟體機器人的運動過程，軟體機器人的初始長度設為200 mm，根據(jù)比例，測量不同壓力下軟體機器人的彎曲半徑，算得其彎曲曲率。

加壓后阻斷力測試：將加壓后的軟體機器人對FA2004N型電子天平施加壓力，作用時間5 s，測定充氣后軟體機器人末端的阻斷力。測試過程中，軟體機器人的充氣端固定且保持固定端的切線呈水平狀態(tài)，以保證不同壓力下末端初始位置的穩(wěn)定性，從而確保阻斷力測試的可靠性。

1.4.2 多模式運動性能測試

織物模量對軟體機器人性能的影響測試：將三種不同拉伸模量的針織物制成尺寸相同的軟體機器人，給其施加相同的壓力，對比不同模量機器人產(chǎn)生的曲率差異。

織物針腳方向對軟體機器人運動性能的影響測試：將織物斜裁為200 mm×50 mm的長方形，對比其與直裁織物在相同氣壓下產(chǎn)生的運動性能差異。

軟體機器人直徑對其運動性能的影響測試：將織物斜裁為上底邊50 mm、下底邊100 mm、高300 mm的梯形，并裝配成軟體機器人，觀察其在同一氣壓下不同直徑處的曲率。

1.4.3 運動和變形性能測試

機械臂運動性能測試：使用軟體機器人加壓后產(chǎn)生的彎曲運動輔助機械臂手肘進行運動，首先將軟體機器人固定于人體假肢模型，之后通過增減驅動氣壓來驅動氣動驅動器，并觀測不同氣壓下人體假肢的抬起高度。

軟體機器人末端運動軌跡測試：將具有多種運動軌跡的軟體機器人連接在一起，將其垂直懸掛，使用視頻分析工具（Tracker）記錄軟體機器人尖端在X、Y和Z方向上的軌跡，以確定軟體機器人的彎曲和扭曲行為。

軟體機器人抓握力測試：使用FlexiForce柔性力傳感器作為位于軟體機器人末端和被抓握物體之間的探針，測得在不同壓力下軟體機器人夾持物體時的抓握力，每種壓力下作用時間為5 s，記錄5 s內(nèi)的平均抓握力作為實驗結果。

2 結果與分析

2.1 織物結構與拉伸各向異性

軟體機器人主要由兩部分組成：一個管狀的薄壁彈性氣囊，作為基本的氣動通道；另一個是基于針織襯緯組織形成的紡織護套，其包裹在彈性氣囊外側，限制氣囊充氣后的形變。通過調(diào)控紡織結構可獲得紡織品不同方向的差異性彈性模量，進而實現(xiàn)對軟體機器人的變形的調(diào)控。本研究主要探討通過針織結構的各向異性設計和針腳方向實現(xiàn)軟體機器人不同的驅動變形。

常見的緯編針織結構（如羅紋針織物）在經(jīng)向和緯向均具有良好的彈性，因而在受力時在各個方向均易發(fā)生顯著的拉伸變形。本研究在羅紋針織線圈的緯向引入低彈性的襯墊紗（圖2），限制了織物在緯向的拉伸變形，使緯向獲得高模量；然而織物的經(jīng)向仍然保持了優(yōu)異的拉伸彈性，并且緯向拉伸應變的限制反而在織物受到雙軸拉伸時不受緯向伸長的影響，而促進其經(jīng)向的彈性。本研究定量比較了沿無襯墊紗方向（經(jīng)向）的織物拉伸性能與沿著襯墊紗方向（緯向）的織物拉伸性能，如圖3所示。由圖3可見，在應變小于200%的拉伸過程中，緯向模量是經(jīng)向模量的100多倍，展現(xiàn)了襯緯針織物突出的各向異性力學彈性。

2.2 紡織基軟體機器人的驅動性能

將力學各向異性的襯緯針織物包裹在圓柱形氣囊外側，二維織物形成三維管裝需要將兩端拼接縫合，縫合線采用彈性較低的滌綸紗線，因此該滌綸紗線限制驅動器一側的彈性，在驅動中導致沿驅動器徑向的應變梯度，實現(xiàn)彎曲軟體機器人的制備。由于外側包裹的襯緯針織物在其縱向和橫向的各向異性，限制圓柱形軟體機器人的徑向膨脹，因此在受到氣壓驅動時，能量主要貢獻于長度方向的伸長。該特性是提升紡織基軟體機器人驅動效率，提高驅動應變的關鍵。隨著壓力的增大，彎曲軟體機器人展現(xiàn)了高的輸出力，如圖4所示。由圖4可見，在70 kPa氣壓下，測量的阻斷力超過100 cN，該力值是此軟體機器人自身質(zhì)量（8 g）對應重力的10倍以上，體現(xiàn)了紡織基軟體機器人高的質(zhì)量比功率。

為了進一步闡釋基于襯緯針織物的軟體機器人的優(yōu)異特性，本研究進一步比較了襯緯針織物和普通緯編針織物制成的氣動驅動器在不同壓力下的彎曲驅動變形能力，如圖5所示。由圖5可見，隨著氣壓增加，襯緯針織軟體機器人表現(xiàn)出更高的靈敏度和更大的彎曲曲率，在60 kPa輸入氣壓下其彎曲曲率可達0.27 cm；而普通針織物制備的軟體機器人最大彎曲曲率只能達到0.044 cm。這歸因于襯緯紗可以限制驅動器的徑向膨脹，避免了能量耗散，使其在不同壓力下徑向膨脹的比例遠低于軸向伸長的比例。需要指出的是，驅動器的彎曲曲率主要由驅動器內(nèi)外的楊氏模量差決定。隨著供應壓力的增加，外部應變增大，導致楊氏模量升高（圖3），從而使驅動器內(nèi)外的楊氏模量差變小。當外部楊氏模量接近內(nèi)部楊氏模量時，彎曲曲率的變化將滿足有限響應。因此，隨著供應壓力從20～40 kPa的增加，基于三層編織物的驅動器的彎曲曲率急劇增加；而當壓力超過50 kPa時，曲率變化較小，當壓力從60 kPa變?yōu)?0 kPa時，曲率幾乎保持不變（圖5）。此外，將圓柱形彎曲軟體機器人看成桿元件，其總體彎曲剛度EI受到其固有彈性模量E和桿元件截面慣性矩I的協(xié)同影響，其中截面慣性矩I正比于軟體機器人直徑的四次冪。由此進一步說明徑向膨脹會增大截面慣性矩而增加其彎曲剛度，進而阻礙彎曲驅動變形。因此，通過設計沿著軟體機器人徑向的襯緯紗限制其徑向膨脹變形，從彎曲力學角度，也是增大其驅動應變的重要策略。

對于基于襯緯針織物的軟體機器人而言，在具備較好的彎曲柔度和工作能力的同時，在實際使用中，循環(huán)性能也是影響其使用周期的關鍵因素。尤其是在輸入氣壓較大的情況下，過度拉伸可能會導致軟體機器人的結構被破壞，從而影響其耐久性。在此，本研究對該軟體機器人在高氣壓下（50 kPa）和低氣壓下（10 kPa）進行了50次的充氣放氣循環(huán)測試，如圖6所示。由圖6可見，在50次循環(huán)之后，軟體機器人的阻斷力幾乎不變，表明了該軟體機器人有較好的循環(huán)驅動效果和優(yōu)良力學魯棒性，可以很容易地應用于實際中。

2.3 多模式運動性能分析

通過針腳方向設計和不同材料彈性模量選配，實現(xiàn)軟體機器人在單一氣源控制下的卷繞、螺旋和彎曲等多模式變形形態(tài)，如圖7所示。在傳統(tǒng)的氣動軟體機器人中，多模式變形往往需要多組氣源和充氣管路的配合才能實現(xiàn)。為了在柔軟的身體上賦予更復雜的運動，可以通過協(xié)同考慮改變織物的纖維/紗線模量和針織針腳方向等幾何參量、力學參量對紡織軟體驅動器的變形曲率與運動模式進行簡單的編程設計，進而實現(xiàn)多重運動形式。設計出通過單一氣源控制的順次變形的軟體抓取機器人，避免了復雜的連接結構和多源氣動控制系統(tǒng)。因此，該設計充分展示了紡織多尺度結構在軟體機器人形變可預編程性、設計靈活性和便捷性等方面的獨特優(yōu)勢。由圖7（a）可見，在驅動器彈性區(qū)域中的低模量部分會在充氣時表現(xiàn)出更大彎曲變形，當楊氏模量在～10 MPa時，軟體機器人可形成高曲率的卷繞變形（Ⅲ部分）；通過以約為45°排列針腳方向來創(chuàng)建螺旋運動形態(tài)（Ⅱ部分），可實現(xiàn)充氣驅動過程中的螺旋和收縮沖程，以執(zhí)行不同的變形需求，如物品提起和多點抓握等；當提升彈性區(qū)域的模量到～10 MPa時，雖然受到與Ⅲ部分和Ⅱ部分一樣的氣壓控制，但Ⅰ部分展現(xiàn)了較小的彎曲變形。本研究還可以通過調(diào)整半徑進一步設置驅動器的彎曲曲率，以實現(xiàn)類似觸手的運動。由圖7（c）可見，通過調(diào)整半徑大小來制造錐形驅動器，以實現(xiàn)不同的彎曲效果，使其在不同壓力（30、40、50 kPa）下充氣時，曲率變化范圍從 0.14～0.23 cm（圖7（d））。

2.4 在醫(yī)療可穿戴與抓取機器人領域的應用舉例

高性能紡織基驅動器可以提供良好的佩戴舒適性，同時紡織品固有的透氣性、柔順性和良好的觸覺極大地提高了人機交互的安全性和舒適性，因此紡織基驅動器可用于輔助運動等醫(yī)療可穿戴領域。本研究制作了一條20 cm長的紡織基彎曲驅動器作為輔助人肢體運動的人工肌肉動力源，將其固定在手臂外側，以輔助手臂運動，如圖8所示。通過反復充壓和釋壓，使驅動器膨脹彎曲和回復，從而驅動關節(jié)完成運動，驅動器的自身質(zhì)量為0.019 kg，僅為機械臂質(zhì)量（0.225 kg）的84%左右，展現(xiàn)了高效的驅動變形和高質(zhì)量比功率。

除了可以用于醫(yī)療輔助外，還可以通過對針腳方向、針織材料等的設計實現(xiàn)軟體機器人的預編程化，使其在單一氣源控制下具有順次的卷繞、螺旋和扭轉的形態(tài)，用于抓取和提起物體。與普通彎曲軟體機器人相比，螺旋軟體機器人具有更大的接觸面積和更復雜的運動形態(tài)，可以提供更有效的抓取能力，尤其是對于形狀不規(guī)則的物體。軟體機器人可以通過將尖端穿過膠帶中心并通過扭轉變形在非常短的時間內(nèi)抓住并提起物體（圖9）。由圖9可以看出，在抓取過程中，第三節(jié)扭轉軟體機器人先進行扭轉運動，使末端觸手勾住目標物體，然后中間螺旋軟體機器人通過螺旋收縮，將物體提升。此外，彎曲收縮和拉伸部分沿正交方向變形，以便在不同平面上變形并擴大工作空間。

由于其材料特性，驅動器非常柔軟，因此可以適用于各種形狀、質(zhì)量和材質(zhì)物體的抓取，并且不會損壞易碎物體。圖10（a）展示了基于織物的驅動器在抓取和提升不同物體（如香蕉和花瓶）的多功能應用，其質(zhì)量分別為150 g和300 g，驅動器（≈19 g）可以舉起一個比自身質(zhì)量高約16倍的花瓶（≈300 g）。本研究使用了力傳感器作為位于軟體驅動器和剛性或柔性形物體之間的探針，柔性壓力傳感器可以通過模擬人的觸摸感覺來測量夾持力并進行實時反饋，如圖10（b）所示。夾持力與彎曲驅動器的曲率變化密切相關，曲率變化由提供的壓力決定，當壓力超過40 kPa時曲率的變化變小（圖10（c）），夾持力顯示出小幅增加，并且隨著壓力從40 kPa增加到70 kPa而趨于穩(wěn)定。該傳感器在多個不同的氣壓下都表現(xiàn)出穩(wěn)定的夾持力，夾持力的實時測量和分析值得進一步研究，通過將基于紡織品的傳感器集成到驅動器中，以設計基于自感應和紡織品的智能驅動器。

3 結 論

采用高彈性的氨綸包芯紗作為針織圈紗，以滌綸低彈紗作為襯緯紗，織造了具有顯著力學各向異性的襯緯針織物，并將襯緯針織物作為應力限制層包裹于氣囊外，研發(fā)了大驅動應變、高能量利用率和高質(zhì)量比功率的紡織基氣動軟體機器人。通過探討不同織物模量、針織針腳方向等織物幾何和力學因素對軟體機器人運動的影響規(guī)律，實現(xiàn)了變形多樣化、可預編程和靈活操控的多模式運動軟體機器人的開發(fā)。進而實驗驗證了具有多種運動形態(tài)的單氣源控制的軟體機器人抓手、醫(yī)療輔助驅動器等應用，展現(xiàn)了紡織基氣動驅動器更安全舒適的人機交互性，說明了紡織基驅動器在醫(yī)療可穿戴等智能設備的潛在應用，以及在人機交互中可觀的應用前景。

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Study on the structural design and actuation performance of textile-based soft robotics

YANG Mengxin， LI Haoyun， IQBAL M Irfan， SUN Fengxin

（1.Laboratory for Soft Fibrous Materials， Jiangnan University， Wuxi 214122， China;2.Department of Civil Engineering，The University of Hong Kong， Hong Kong 999077， China）

Abstract：Robots contribute a significant part of smart living and production in modern society. Compared to rigid robots composed of hard materials， soft pneumatic robotics constructed with flexible materials are more lightweight and flexible， offering greater compliance， environmental adaptability， and safety when interacting with humans and fragile objects. Therefore， they hold considerable promise in areas such as medical rehabilitation， human-robot interaction， and operations in unstructured complex environments. However， existing soft pneumatic robots constructed from multi-directional and highly deformable membrane materials often suffer from issues such as low power-to-weight ratio， complex control and fabrication processes， and poor skin-friendliness. Textile materials， as a category of typical fiber-based soft materials， offer opportunities for multi-scale controllable structural design. They possess characteristics like a solid phase with the ability to smoothly deform with multiple curvatures and high strength combined with flexibility. Consequently， they have the potential to enhance the power output， controllability， and applications of soft robots in the field of intelligent wearables.

On this basis， the multi-scale design strategy of textile structure was proposed in this study， and textile-based soft actuators with excellent performance were developed， so as to promote the practical applications of pneumatic actuators. In this study， the mechanical properties of the knitted fabric layer of the textile-based actuators were characterized， and the knitted layer with laying-in yarns and anisotropic mechanical behavior was designed to improve the actuating efficiency of the actuators. Furthermore， a comparison was made between the bending curvatures of soft robotics made by conventional knitting-based actuators and modified knitting-based actuators with laying-in stitches. A modified knitted architecture with laying-in yarns was pioneered to fabricate textile-based actuators. The loop yarn of the modified knitted fabric possessed core-sheath structure by wrapping spandex filaments with polyester fibers， so that high elasticity was achieved. The laying-in yarns were made of polyester fibers to endow the yarns with relatively low elasticity. The modified knitted fabric shows superanisotropic mechanical performance. Specifically， the Young’s modulus in the direction of laying-in yarns is up to 145 kPa， while the Young’s modulus in the orthogonal direction is only 1.1 kPa. Such an isotropic mechanical property of the designed fabric enhances the deformation of the actuator along fabric’s elastic direction but restricts the deformation in inelastic direction， endowing the fabricated actuator with high energy efficiency and blocking forces. A large bending curvature of 0.27 cm is achieved under a low applied pressure （60 kPa）. This bending actuation strain is much larger than that of actuators fabricated by conventional knitted fabrics. The multimode movements are achieved by programming the Young’s modulus of the fabrics to form bending， curling and coiling deformations. For the given size of the actuators， the bending curvature of the actuators ranges from 0.25 cm to about 0.13 cm when the Young’s modulus varies from 0.05 MPa to 5.6 MPa. Also， the bending curvature can be tuned by the dimension of the actuators， and a conical actuator can possess variable bending curvatures along its generatrix. The actuators can be used to assist arm motion， displaying high specific work， as indicated by the high actuation strain （over 90°） and high weight ratio between the arm weight （0.225 kg） and actuator weight （0.019 kg）. Moreover， the actuators can also be assembled to produce soft grippers to grip and then lift objects by a sequence deformation of the actuators driven by a monotonous air pressure source， and the gripping force can be easily tuned by controlling the supplied pressures.

Unlike the conventional strategy to integrate different components into actuators， a modified knitted architecture is used to fabricate actuators with superior actuation performance based on the hierarchical structure design of textiles. The proposed textile-based soft robotics fabricated based on the modified knitted fabric show a good bending actuation strain at low applied pressure， a large blocking force and high specific work. Also， the deformation of the actuators can be easily programmed by tuning the Young’s modulus and dimensional size based on the hierarchical textile manufacturing process， and thus the actuators possess low-cost and easy-fabrication features. The developed textile-based actuators are promising for diverse applications in soft robotics， medical rehabilitation training， soft gripper and other areas that are not possible with conventional linkage rigid actuators. This approach can be a paradigm to put forward structure innovation of textile-based actuators.

Key words：soft robotics; smart actuators; multi-modal movement; healthcare wearables; textile structures; preprogramming