Pesquisas acerca do desenvolvimento e utilização de exoesqueletos robóticos têm se intensificado nas últimas décadas. Seu uso como ferramenta para o aumento das capacidades humanas já estende-se além do campo da pesquisa, sendo possível verificar sua aplicação em setores médicos e militares. Contudo, ainda existem diversos desafios tecnológicos referentes à autonomia das fontes de energia e relação peso-potência dos atuadores, tornando necessário o desenvolvimento de mecanismos de alta eficiência, capazes de poupar energia aproveitando a dinâmica dos movimentos. Assim, esta pesquisa tem como objetivo, desenvolver um dispositivo baseado na biomecânica da marcha humana, que permita um melhor gerenciamento energético nas juntas de exoesqueletos e robôs, alternando entre comportamentos ativos e passivos ao longo da marcha. Realizou-se, extensiva pesquisa quanto à anatomia dos membros inferiores, biomecânica da marcha humana e atual estado de desenvolvimento dos exoesqueletos existentes. Permitindo assim, a elaboração do projeto conceitual e a definição dos requisitos funcionais. Posteriormente, estudaram-se abordagens mecânicas que possibilitassem a construção do dispositivo em conformidade com o projeto conceitual e com os requisitos estabelecidos. Então, utilizando-se softwares de CAD 3D, conduziu-se o projeto mecânico dos acoplamentos, bem como, dos demais subsistemas. Dimensionaram-se as respectivas geometrias e materiais conforme critérios analíticos, verificados posteriormente, com o auxilio de software de elementos finitos. Fabricaram-se os componentes e montou-se o protótipo do dispositivo. O mecanismo projetado e fabricado compõe-se de um elemento elástico, uma polia e um sistema de acoplamentos. A mola armazena a energia durante as fases dissipativas da marcha, enquanto que a polia permite o acionamento ativo da junta. Ao sistema de acoplamentos cabe a tarefa de gerenciar os instantes dos acionamentos da mola e polia, sendo capaz de acioná-los em conjunto ou individualmente, conforme a necessidade biomecânica da junta. Por fim, elaboraram-se testes funcionais para a avaliação do desempenho do dispositivo e fabricou-se uma bancada de testes, que será utilizada posteriormente para identificação do sistema.

Researches on the development and use of robotic exoskeletons have intensified in recent decades. Its use as a tool for increasing human capacity have already extends beyond the research field, and its application can be verified in medical and military sectors. However, there are still many technological challenges related to the autonomy of energy sources and power-weight ratio of the actuators, requiring the development of high efficiency devices, which takes advantage of the dynamics of movement in order to save energy. Thus, this research aims to develop a bio-inspired device, based on the biomechanics of human gait, enabling to improve energy management in the joints of exoskeletons and robots, alternating between active and passive behaviors along the march. Extensive research was conducted on the anatomy of the lower limbs, biomechanics of human gait and current state of art of exoskeletons. Thus allowing the preparation of the conceptual design and the definition of functional requirements. Later we studied mechanical approaches that would enable the construction of the device in accordance with the conceptual design and the necessary requirements. Then, using a 3D CAD software, the mechanical design of the clutches was conducted, as well the other subsystems. Dimensioned the respective geometries and materials using analytical criteria subsequently checked with a software of finite elements. The components were manufactured and set up the device prototype. The mechanism designed and manufactured consists of an elastic element, a pulley and a set of clutches. The spring stores energy during dissipative phases of gait, while the pulley allows the active driving of the joint. The coupling system has the task of managing the instants of spring and pulley actuation, being able to trigger them together or individually, as the biomechanic needs of the joint. Finally, functional tests were elaborated for evaluating the performance of the device and was fabricated a test bench, which will later be used for system identification.