负重是一种人类生活中十分重要的活动,在学生、旅行者和士兵群体当中尤为常见,携带沉重的负载会增加代谢消耗,严重的会导致人体肌骨系统损伤。如何消除和减缓这些负面影响,提高生活质量,是当前的一个热点难点问题。本文在分析自然界负重现象的基础上,提出了调控负载竖直方向的运动来减少人体负重行走时代谢能消耗的思想。本文运用工程科学方法,结合人体运动机能学,提出了一种减少人体负重行走代谢能消耗的动力背包设计方法,并进行了实验验证。论文研究成果为减少人体负重行走时代谢能消耗提供了创新性的解决方案。本文主要研究工作包括:（1）在对自然界中负重现象进行生物力学分析的基础上,提出了主动调控负载运动来减少人体负重行走时代谢能消耗的思想:具体来说,提出了两种辅助策略,即通过控制负载竖直方向的加速度分别消除负载的惯性力和调控负载与人体在竖直方向反相运动。提出了主动系统（电机、丝杠）和被动系统（弹力绳）结合的动力背包设计方法,建立了动力背包机械系统和控制系统的设计方案,确定了使用单侧动力背包和双侧动力背包验证两种辅助策略的实验方案。（2）通过对动力背包的运动学和动力学分析,建立了动力背包的模型,并通过实验法进行系统辨识得到了模型的参数。针对加速度控制中的扰动问题,引入了基于扰动观测器（DOB）的控制方法和迭代学习控制方法,两种控制方法可以克服加速度控制中的扰动问题。（3）研制了单侧动力背包和双侧动力背包,完成了控制系统的电路设计与集成,完成了控制系统的硬件设计,使系统具有自治性,并完成了控制系统的嵌入式软件和上位机软件设计。（4）对开发的样机进行实验验证。使用单侧动力背包和双侧动力背包分别验证了人体负重行走时消除负载惯性力和负载反相运动的辅助策略,实验结果表明两种策略均能够有效降低人体负重行走的代谢消耗。