背包是户外负重行进的重要工具,但是长时间的负重行走容易导致肌肉疲劳和关节损伤等问题。研究表明,普通的背囊设计上改进只能增加背包的舒适性并不能有效解决背包动载荷对人体的伤害,而悬浮背囊可以有效降低负载动载荷对人体的冲击,并带来能量代谢消耗的降低。进一步的研究发现,调节悬浮背囊系统的刚度和阻尼可以优化悬浮背囊的性能。然而目前的研究仍存在不少问题及挑战:（i）悬浮框架重量过大,带来过多额外的能量消耗;（ii）缺乏有效的刚度调节机构及控制机制;（iii）对刚度调节优化悬浮背囊减负的效果缺乏全面、系统的评估。针对上述问题,本文提出了基于改变拉簧的有效工作圈数的刚度调节机构设计,并建立了一个轻量化的可调刚度悬浮背囊。通过对悬浮背囊系统的理论建模与仿真分析,我们以人体与悬浮背囊的最大相位延迟为判断依据,计算出在不同速度工况下的最佳刚度,通过调节悬浮背囊的刚度来获得在不同速度工况下的减负性能优化。然后,本文建立了步行速度工况感知及刚度控制机制,通过对人体运动加速度的计算和处理来判断人体的步行速度,基于速度的改变对悬浮背囊的刚度进行控制调节,从而实现悬浮背囊的自适应刚度调节。最后通过系统的实验验证了刚度调节对悬浮背囊的减负性能优化效果,我们从垂直加速度和位移、生物能代谢消耗、地面足底反力、肌肉活动强度四个角度分析讨论了可调刚度悬浮背囊的减负性能,证实了刚度调节对悬浮背囊减负性能优化的作用。通过悬浮背囊的调节刚度来适应不同速度的工况,本文设计的悬浮背囊在各项实验指标上均取得不同程度的性能优化。总体而言,本文从理论、结构及控制调节三个方面构建的可调刚度悬浮背囊对悬浮背囊减负性能优化的研究具有重要意义,有助于悬浮背囊参数调节的进一步研究。