柔性纺织材料质量轻、灵活度高、柔韧性能佳，通过掺入形状记忆合金实现材料刚度调节，完美贴合不同士兵形体，达到舒适耐用和兼容作训服装及作战装备的目的。

此外，柔性纺织材料还可与液态防弹护甲相互嵌合，充分发挥 2 种材料柔软轻薄的优势，打造质量轻盈、机动灵活、高防护性能、可覆盖全身的柔性外骨骼作战系统。

一、绳驱动

绳驱动即采用鲍登线等线状或带状柔性结构，通过收缩线距传递拉力进行驱动，是柔性外骨骼机器人最为常见的一种驱动形式。

作为柔性外骨骼机器人领域的领军团队，哈佛大学Wyss实验室在2014年设计了一款多关节柔性外骨骼机器人,如图1(a)所示。该装置由电动机和鲍登线驱动，绑缚系统采用舒适性好的弹性纺织品作为绑缚带，使套装在没有被电动机驱动的情况下，也能通过弹性纺织带进行助力。2015年，该团队研制了一套辅助髋关节运动的便携式柔性外骨骼机器人,如图1(b)所示。这套柔性外骨骼机器人的特点是采用织带作为执行机构，将织带缠绕在电动机的线轮上以拉动下肢运动，织带可以为大腿提供高达150 N的力，有利于髋关节伸展。

绳驱动作为柔性外骨骼机器人的主流驱动方式，多采用鲍登线通过收缩线距模拟肌肉运动以施加辅助力，具有柔性强、体积小、便携性好等优点。鲍登线由线管(外鞘)和钢丝绳组成，可以进行较大程度的准柔性弯折，方便实现助力载荷的远程传递，因此被很多柔性外骨骼机器人系统所采用，其缺点在于：钢丝绳和线管之间摩擦所产生的力学损耗较大，布线弯折较多时尤其明显；整体质量较重，不利于柔性外骨骼机器人系统的轻量化；钢丝绳、塑料外鞘等的特性决定了挠性结构较大，穿戴、行走舒适性欠佳。因此，选用优化的柔性材料与结构实现外骨骼机器人更为舒适、有效的驱动力传递是目前绳驱动柔性外骨骼机器人研究的关键问题。未来可探索运用纺织结构、复合材料等对鲍登线系统进行优化，如采用柔性更好的绳、带等结构代替钢丝绳，并优化外鞘材质与性能，使鲍登线系统在穿戴舒适性、安全性以及传力高效性等方面得以提升。

二、气动肌肉驱动

国内外其他科研机构也一直致力于具有纺织材料的气动肌肉驱动柔性外骨骼机器人研发创新。2014年，卡内基梅龙大学设计了一款由弹性人造肌肉致动器和软织物套筒组成的柔性外骨骼机器人[28],用于主动协助膝盖支撑运动，由织物制成的裤袖减轻了设备的质量，使其更易于佩戴，该设备能够为膝盖伸展和弯曲提供动力。2017年，美国亚利桑那州立大学提出了一种用于膝关节康复的充气外骨骼机器人防护服[29]。该装置使用可热封热塑性聚氨酯制成的软充气执行器，使外骨骼机器人在步态周期中为膝盖伸展提供扭矩帮助。此外，还有密歇根大学的踝关节柔性外骨骼机器人、布鲁塞尔自由大学的KNEXO、根特大学的助力外骨骼机器人以及北卡罗来纳大学的气动助力外骨骼机器人系统等[10]。

与绳驱动相比，气动肌肉驱动的柔性外骨骼机器人质量相对更轻并且具有更高的功率密度，其工作模式也更接近实际肌肉，目前我国科研单位对于气动肌肉柔性外骨骼机器人的研究主要着重于医疗康复领域。气动肌肉的驱动过程具有高度非线性和时变性，导致其难以达到较高的控制精度，这也是目前对于气动肌肉柔性外骨骼机器人研究的重点和难点。此外，气体压强的变化、器件之间的摩擦以及气动肌肉的形状等对气动肌肉驱动的柔性外骨骼机器人的控制精度都有影响。因此，合理地利用纺织材料的优势改善气动肌肉性能以提高柔性外骨骼机器人的控制精度是气动肌肉驱动柔性外骨骼机器人未来的发展方向。

三、其他驱动

柔性外骨骼机器人除绳驱动和气动肌肉驱动2种主要的驱动方式外，还有传统的电动机直驱、形状记忆合金驱动、基于PVC材料的柔性驱动以及依靠弹性材料的被动型驱动等[30]。

采用电动机直驱的柔性外骨骼机器人通常需要借助柔性材料以提高外骨骼机器人的穿戴舒适性。2021年，东华大学刘建辉[31]研制了一款下肢可穿戴外骨骼机器人，如图7所示，该系统的骨架采用铝合金材质。为了提高外骨骼机器人与人体间的界面舒适性，研究者通过织物的基本参数测试和织物拉伸性能测试，对绑缚系统的面料进行了选择，用选好的织带和硅胶制作出一种防滑的绑缚系统，并将该系统用于柔性外骨骼机器人装备上，该防滑绑缚系统的人机界面舒适性明显提高。

四、新型纺织材料在外骨骼机器人上的应用

目前国内外科研人员在对可穿戴外骨骼机器人的研究过程中，除了使用锦纶织带、涤纶织带等现有传统纺织材料外，还开始对外骨骼机器人可用的新型纺织材料进行研发创新，以下为国内外相关机构在可穿戴外骨骼机器人新型纺织材料方面的研究成果。

美国北卡罗来纳州立大学研发了一种类似包芯纱的混合纤维，该纤维的外层采用具有弹性的氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS),中心为镓金属，这种纤维可以在大应变下消散能量，可将其应用于外骨骼机器人领域[33]。瑞士洛桑联邦理工学院研制了一款可以改变刚度的织带[34],它能够快速从柔软和可拉伸状态转换为僵硬和不可拉伸状态，有助于满足柔性外骨骼机器人在强度、安全度以及舒适性方面的共同需求。日本北海道大学开发了一种“自生长”凝胶材料，这种材料可以通过有效的机械性转导来应对重复的机械应力，为开发用于柔性外骨骼机器人和其他智能设备的自生长水凝胶材料提供了思路[35]。

碳纤维复合材料是实现外骨骼机器人轻量化和高性能化的首选材料[36]。在传统的刚性外骨骼机器人领域有着广泛的应用。上海傅里叶智能科技有限公司研制了一款医疗康复用下肢外骨骼机器人Fourier X1[37],如图8所示，该装置在基于人体工程学设计的基础上，大量使用碳纤维复合材料，使外骨骼机器人在负重感降低的情况下，整体结构刚度明显提升。

美国仿生控股有限公司(Ekso Bionic)研发了一款兼顾安全性和轻量化要求的可穿戴外骨骼机器人Ekso[37],如图9所示，该装置的关键部位由碳纤维复合材料、钛合金等多种轻量化材料组成，降低了外骨骼机器人装备的整体质量。目前，碳纤维复合材料在柔性外骨骼机器人系统中应用的公开报道尚不多见。但本文分析认为，碳纤维复合材料在柔性外骨骼机器人领域同样不可或缺，且一般是作为关键辅助材料使用，如用来制备某些关键部件实现轻量化与高性能化；在特定位置实现柔性结构的增强与挺括；电源、控制原件等的挂载、背负及防护系统，其制备过程中也会大量应用到碳纤维复合材料。

虽然目前国内外科研机构在可穿戴外骨骼机器人新型材料的研发上已经取得了一定的研究成果，但仍然无法满足人们对外骨骼机器人的不同功能需求。在新型纺织材料的研发过程中，可以从纺织材料自身性能的改善、多种纺织材料的复合、纺织材料的结构优化设计等方面出发，不断提升新型纺织材料的物理和化学性能，满足可穿戴外骨骼机器人质轻、高强、舒适性好等需求。新型纺织材料在外骨骼机器人领域具有极大的应用前景，新型纺织材料的研发是柔性外骨骼机器人性能获得突破的关键，也是未来柔性外骨骼机器人在纺织领域的主要发展方向。