双肩背包在士兵行军、户外爱好者、学生群体中扮演着重要的角色,越来越多的人采用各类背包来携带物品。目前双肩背包的研究主要集中在背负载荷和形式对人体在生物力学(步态、地面反作用力等)和生理学(心率、能量消耗等)两方面的影响,双肩背包和人体间如何相互作用而导致这些影响尚不明确。因此本文旨在探讨人体和双肩背包的相互作用,提出了从振动性能和承压性能两方面来对双肩背包的背负性能进行客观评价的方法。以一款双肩背包为研究对象,为评价其振动性能,使用VICON运动分析系统捕捉身体的左、右肩锁关节,左、右髂前上棘点和背包上、中、下区域的标记点在全局坐标系(GCS)中的位移,以躯干标记点构成参考平面,并建立局部坐标系(LCS),将背包在GCS中的位移计算转换为LCS中的位移,即得到背包相对躯干的位移;为评价背包的承压性能,使用AMI气囊压力测试仪测量背包在人体肩部、腰部、臀部6个测试点的动(行走和慢跑)静(站立)态压力,得到承压分布;并进一步分析背包位移对动态压力的影响。5名女大学生受试者在跑步机上进行负重5 kg的行走(4.5 km/h)和慢跑(6.5 km/h)运动,为分析胸带和腰带设计的影响,测试了胸带和腰带不同使用条件,得出以下结果:(1)负重运动时,背包相对躯干振动位移呈周期性变化。负重行走时,背包左右方向的位移幅度最大(高达18.5 mm);慢跑时,垂直方向位移最大(高达31.9mm)。负重慢跑时,腰带的系紧对背包垂直和左右方向的振动有减小作用(最大减幅为8.6 mm)。从行走到跑步,背包垂直方向的位移变化幅度显著增大(最大增幅为24.3 mm),前后方向和左右方向的背包位移幅度随速度增加而增加,但是不显著。(2)静态负重时,肩部承受的压力最大(高达8.4kPa),腰带能够显著影响背包静态时的承压分布。从站立到走动时,肩部的压力显著增大(增幅可达2.8kPa)。负重行走时腰带能够使肩部压力减小(最大减幅为0.6kPa),臀部和腰部压力增加。负重行走到慢跑,肩部和臀部的压力降低(肩部减幅高达0.7 kPa)。(3)背包的动态压力随着背包位移的周期性变化而同步变化,当背包垂直方向运动达到最高时,背包的垂直方向加速度最大,肩部的压力达到最大,压力变化幅度高达1.1 kPa;当背包在前后方向最贴近身体时,该方向加速度达到最大,臀部压力也达到最大,压力变化幅度高达0.8 kPa。综上所述,本文提出了基于背包振动位移和承压分布的双肩背包背负性能评价方法,对不同运动状态下和不同背带条件下背包的评价结果表明该方法能定量评价双肩背包背负性能的差异。