Exoesqueletos robóticos os mecanismos artificiais vestidos externamente ao corpo humano que atuam paralelamente ao membro humano com os objetivos de estender, complementar, restaurar ou melhorar as funções e capacidades humanas. Seus principais desafios de projeto são acoplá-lo ao ser humano de modo a não existirem forças hiperestáticas ou de montagem, mantê-lo na posição relativa desejada por todo seu volume de trabalho, implementar um controle que permita a cooperação do exoesqueletos com o humano, minimizar sua massa e seu consumo energético. O presente trabalho desenvolveu-se no Laboratório de Biomecatrônica da EPUSP, cujo principal objetivo é explicar como o sistema nervoso humano planeja, codifica e controla nossos movimentos. O objetivo desse trabalho é fornecer uma ferramenta que possibilite tal estudo. Para isso, fabricou-se alguns protótipos de 1 GdL para estudar as seguintes características de exoesqueletos: (i) fixação; (ii) o acoplamento; (iii) a instrumentação e (iv) o controle. Após essa etapa, inicou-se a fabricação do exoesqueleto com 3 GdL. Dada a importância da fixação, dedicou-se a ela um estudo abordando a modelagem de sua interação com o membro humano. Em conjunto, realizou-se simulações baseadas nessa modelagem para avaliar o desempenho de dois tipos de controladores não lineares: (i) \ci{Sliding Mode Control} e \ci{Feedback Linearization}. Um exoesqueleto bilateral de 3 GdL foi fabricado e montado e seus principais componentes mecânicos foram ensaiados para se determinar seu comportamento e para levantar dados experimentais que possibilitem a melhoria futura de seu projeto. As contribuições dessa dissertação foram: (i) protótipo de 1 GdL, com a mecânica e a instrumentação, que é utilizado para estudos de controle motor; (ii) protótipo mecânico bilateral com 3 GdL; (iii) estudo teórico da fixação com controladores não linear e (iv) sistema de segurança de exoesqueletos baseados em embreagem de fricção. O desenvolvimento de um exoesqueleto robótico ainda é um campo em amadurecimento. Problemas como o alinhamento entre eixos de rotação humano e biológico ainda são alvos de diversos estudos, sem uma convergência aparente das soluções. Até mesmo conceitos aparentemente básicos, como o desenvolvimento de mecanismos com cinemática antropomórfica, não são consenso na área.

Robotic exoskeletons are mechanisms acting in parallel with human limbs. The major goals of exoskeletons re extend, complement or improve the capabilities of the user wearing them. The main challenges in the design of an exoskeleton are: the coupling between human and exoskeleton in orden to minimize hyperstaticity. keep it at the desired relative positions at the whole workspace; implement a controller that allows human-exoskeleton cooperation and minimize its mass and energy consumption. The current work was developed at Biomechatronics Laboratory of EPUSP. The main goal of this lab is to study how human neural system plans, codifies and controls our movements. The goal of this work is to design a tool useful for experimental motor control studies. In order to achieve this goal, several simplified prototypes with only 1 DoF were developed and built to investigate the following exoskeleton issies: (i) fixation; (ii) human limb coupling; (iii) integration of sensors and (iv) control. After that, a 3 DoF exoskeleton was designed and built. The fixation is very important to determine the exoskeleton performance, thus a dedicate study about it was conducted in order to model its interaction with human limb. Additionally, based on that model a simulation was carried out in order to compare two nonlinear controllers: Sliding Mode Control and Feedback Linearization. The differente subsystems of the bilateral 3 DoF exoskeleton were tested to characterize their behaviour. The main contributions of this work are: (i) 1 DoF prototype which is used to motor control studies. (ii) bilateral 3 DoF exoskeleton mechanism; (iii) model for fixation and (iv) safety system based on friction clutch. Exoskeletons are a growing field in Robotic. Issues like alignment between human and robot axes, or even the anthropomorphism in the desing of the exoskeletons segments still remain open.