NUS余浩泳：外骨骼需轻量化与任务感知
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新加坡国立大学Haoyong Yu教授在ICRA 2026指出，外骨骼未普及主因是过重、复杂且成本高。他提出通过单电机驱动和串联弹性元件实现轻量化，并利用FMT传感器阵列进行任务感知。该方案旨在让外骨骼更轻便、可靠且能自适应人体动作意图。
AI 深度解读
背景
2026年6月2日，在新加坡国立大学（NUS）Haoyong Yu 教授于 ICRA 2026 医疗机器人主题 keynote 环节发表的演讲中，他回顾了团队过去十年在可穿戴机器人与外骨骼方向的研究历程。尽管老龄化社会带来的劳动力保护需求巨大，且肌肉骨骼损伤在建筑、物流等行业高发，但外骨骼技术并未如预期般广泛普及。
Haoyong Yu 指出，问题并非完全在于“市场尚未准备好”，而是研究者自身需要反思：现有外骨骼普遍存在重量大、舒适度低、穿戴复杂、控制困难及成本高昂等痛点。真正的产业落地，必须从结构设计、感知与控制三个层面同时降低系统复杂度，使辅助力在正确的时间、正确的部位以自然的方式出现，让外骨骼变得像衣物一样轻便、像机械传动一样可靠。
核心内容
Haoyong Yu 通过背部支撑、肩部支撑和髋部行走辅助三个具体案例，阐述了其团队如何通过工程取舍来解决上述痛点。
1. 背部支撑外骨骼：单电机与串联弹性元件的应用 针对腰背损伤这一工伤头号杀手，传统多电机方案虽然力量大，但存在同步控制难、重量大等问题。NUS 团队采用单电机方案，利用线缆驱动两侧腿部，提供相等的力。由于人体躯干运动本质上只有一个自由度，单电机足以提供辅助，且无需解决左右侧精确同步的难题。同时，系统引入串联弹性元件（Series Elastic Elements），增加内在柔顺性，提升舒适度。实验显示，该方案能提供 30% 至 45% 的辅助力，且动作控制更流畅。
2. 肩部支撑外骨骼：差速机构与灵活性保留 针对工人长时间举过头顶作业导致的肩关节损伤，该设备同样采用单电机驱动差速机构，通过线缆路径为两侧手臂提供辅助。这种设计允许两侧手臂在不同角度和速度下运动，保留了更多的自由度，使设备更轻且适应复杂的作业场景。
3. 髋部行走辅助：地形自适应与单电机简化 在髋部外骨骼领域，尤其是针对老年人在不同地形（平地、上下楼、不规则地形）行走时，双电机同步极难实现人机协同。团队设计了单电机髋部外骨骼，仅对摆动腿提供辅助力，另一条腿提供支撑或保持后方。通过减少机械结构，简化了控制逻辑，实现了更好的地形适应性。
4. 任务感知创新：FMT 传感器阵列 为了实现自适应控制，设备必须准确识别用户意图（如搬运重物、平地行走、上楼等）。传统 EMG 传感器需贴肤且噪声大，IMU 需多节段布置且复杂。NUS 团队开发了 FMT（Force Myography，肌力）传感器阵列，可绑在衣服外部，无需直接接触皮肤。FMT 通过检测肌肉体积变化来感知运动。
- 感知机制：结合振动电机进行标定，使用简单分类算法。
- 输出逻辑：采用离散等级（如4级）而非连续输出，以满足实时性要求并降低复杂度。
- 效果：相比 EMG，FMT 准确率更高、延迟更低，且硬件易用性强。系统可根据负载重量自动调节辅助比例，或在不同地形间自动切换控制模式，无需用户手动干预。
关键要点
- 设计哲学：外骨骼落地的关键在于“降复杂度”。能用单电机解决就不使用多电机，能用简单鲁棒的传感就不使用复杂阵列。
- 单电机优势：在背部和肩部应用中，单电机配合线缆/差速机构，消除了左右同步控制难题，降低了重量、成本和故障率，同时通过串联弹性元件提升了柔顺性。
- FMT 传感器突破：
- 非接触式穿戴：绑在衣物外，无需贴肤，解决 EMG 噪声大、佩戴难的问题。
- 实时自适应：通过离散等级分类，实现低延迟的任务识别（如负载重量、地形类型）。
- 自动模式切换：系统根据感知结果自动调整辅助力或控制器，无需用户手动切换。
- 人机协同核心：真正的难点不在于提供更大的力，而在于让辅助力“自然”且“适时”。例如，仅在用户搬运重物时提供高辅助，空手时减少辅助以避免阻碍动作。
- 应用场景：
- 背部：减轻腰背负担，适用于搬运场景。
- 肩部：支持过头作业，保留手臂自由度。
- 髋部：适应不同地形行走，仅辅助摆动腿，简化同步逻辑。
意义与影响
Haoyong Yu 的演讲揭示了可穿戴机器人从“实验室原型”走向“产业应用”的关键路径：从追求性能堆叠转向追求工程可用性与用户体验。
- 重新定义外骨骼标准：行业需从单纯追求“助力大小”转向关注“穿戴舒适性”、“控制鲁棒性”和“任务感知的准确性”。
- 技术路线的务实选择：单电机驱动和 FMT 传感方案证明了，通过巧妙的机械结构和简化的感知算法，可以在保证核心功能的前提下，大幅降低系统复杂度和成本，这为外骨骼的大规模商业化提供了可行的技术范式。
- 应对老龄化社会的实际方案：针对建筑、物流工人及老年人群体，轻量化、易穿戴、自适应的外骨骼能够切实降低肌肉骨骼损伤风险，提升生活质量，具有巨大的社会和经济价值。
- 研究共同体的反思：呼吁研究者正视自身技术在易用性上的不足，不再将市场接受度低简单归咎于市场，而是通过改进设计、感知和控制来主动适应真实世界的需求。