助行器的制作方法

本发明通常涉及助行器，以及更具体的涉及步行手杖。

发明背景

人的身体是一种生物运动机器，旨在其支撑底座(以下简称“bos”)内保持一个集中的重心。身体的骨骼形成了框架，而骨骼肌移动该框架。在骨骼肌末端构成的肌腱将骨骼肌连接到骨骼上，并且有助于保持身体的姿势对准。韧带连接骨到骨，并且具有有限的灵活性，以便保持骨骼在框架中的连接。

身体的关节骨，其利用骨骼肌、韧带、肌腱和筋膜形成关节保持正确的排列和位置。运动使关节保持与自行设计的一样同时在身体天生的支撑基座内还保持了骨骼肌和筋膜的强壮和柔韧性，并帮助身体产生滑液。滑液润滑，减震，并减少关节摩擦。它还为关节带来营养，并去除二氧化碳和代谢废物。

当人体的关节在运动期间处于姿势对准时，身体保持在其支撑底座内并且维持一个低重心(以下简称“cog”)。来自支撑底座向上的支撑力与向下的重力匹配。身体在运动中的稳定性取决于重力平衡和手臂和腿部的稳定性。由于力的重新分配，身体天生的支撑底座外一个关节的损伤和移动造成所有其它关节的超载或欠载。一个关节的欠载或超载或者移动，造成一个关节的伸展过度或其支撑问题，导致身体稳定性和姿势对准的损失。长时间的重复运动，不能保持身体的重心在其基座上，可导致身体和功能的伤残。强加需求的特定适应性(“said”)原则指出，身体将逐渐适应它所承受的压力和超载。沃尔夫定律指出，骨功能的改变会引起骨结构的改变。戴维斯定律指出，软组织的趋势是缩短和收缩除非经常拉伸；换句话说，引用戴维斯博士的话，“要么使用它，要么失去它”。胡克定律指出，组织张力与施加的压缩或拉伸应力成正比，只要不超过组织弹性。

平衡与稳定的一般原理包括：

1.重力与受试者的支撑底座相交；

2.降低支撑底座的任何事物都会降低受试者的稳定性；

3.支撑底座上的重心越低，受试者的稳定性越好；

4.在重心上或附近具有更大质量的对象趋向于更稳定；

5.重心相交线离支撑底座越远，受试者越稳定；

6.稳定性与身体所依靠的支撑底座面积成正比；

7.在给定方向上的稳定性与支撑底座的边缘到重心的水平距离成正比；

8.当两个受试者具有不同身材，但具有相同质量时，具有更大底座者更稳定；

9.重心距离移动的方向越远，其越可能保持稳定性；

10.当身体具有平衡和身体稳定性，其具有保持平衡的能力，并且重心在支撑底座内；

11.当支撑底座在力线(以下简称“lof”)方向变宽时，身体具有更大的稳定性。当支撑底座在身体一侧横向变宽时，重心向靠近边缘移动并且身体具有更少的稳定性；以及

12.当重心和力线在压力中心(cop)之上时，姿势稳定性出现了。

现在，将这些原理与步行联系起来，在正常的步态周期中，手臂和身体的其他部分一样都保持在身体天生的支撑底座内，以保持身体的平衡。脚后跟比脚的其余部分先与地面接触。身体的中心在支撑底座之上或之内。肩膀和髋关节保持垂直定向并且与肩带和骨盆带对齐。脚后跟接触地面之后，脚的其余部分在地面上滚动。当脚后跟抬离地面并且身体向前移动时，身体的重量会其重心。当步态周期有交互运动时，肩关节，髋关节，膝关节和踝关节一起工作，在身体的支撑底座内将身体的重量负载在脚上。头部保持在身体上方，并且视线朝着人的移动方向。

在运动中，人的脚具有两个作用。第一，在步态周期的站立期，脚充当一个移动的适配器以及减震器，以在不平坦的表面或地形维持身体的平衡以及身体稳定性。第二，在步态的迈步期，脚完全离开地面并且充当一个杠杆以推进身体向前。杠杆是一个支撑在支点上的刚性杆，在压力被施加在另一端时，被用于帮助移动沉重或固定负载的一端。

手杖延伸身体一侧的支撑底座，并充当代替在该侧通过传递身体部分重量到地面的髋屈肌。为了在使用传统的手杖时具有机械优势，髋关节的轴线与对侧手之间的距离必须远离身体延伸。压力中心的平均位置横向地向手杖侧移位以维持身体的平衡。然而，当重心仅向一侧横向地移动时，身体的中心会向更高并且更靠近支撑底座的边缘移动。由于传统手杖脚的尺寸，形状，和方向以及其与手杖杆的方向，人的手臂，手腕和头部在运动中向前和向后移动。当头部在运动过程中向下定位时，视线是向地面的。这会导致感觉和本体感受器输入的减少，从而导致从身体传送到大脑的传入信息以及从大脑传送回身体的运动反应的损失。为了在运动中维持身体的垂直定向，当头部和视线向地面定位时，步伐的长度和步幅必须被缩短。由于缩短步幅，离手杖最近的脚的脚后跟从脚后跟到脚趾停止触地，并且该脚在步态周期中失去了其快速从移动的适配器变成脊杆的能力。相反，向下定位的头部和实现以及缩短的脚步和步幅促使脚后跟向彼此的中间旋转，而脚趾则从侧面旋转，远离人移动的方向，以维持身体的垂直定向。

传统的手杖的使用也会导致连续的重复运动，其使腕关节过度伸展到身体天生的支撑底座之外。在运动过程中，使用手杖的身体一侧的肱骨头部与肩带失去垂直对齐和姿势平衡，肩胛也一样。随着时间的推移，仅在身体一侧横向移动压力中心以及将腕关节向前过度伸展，远离身体天生的支撑底座的运动，可能导致身体和功能性的残疾和疼痛。当腕关节过度伸展时，髋关节的轴线和对侧手之间的距离变得更大。一个处于平衡状态的身体，当方向向下的作用力等于向上的力时，所有力的矢量和等于零。在移动过程中，当身体一侧的压力中心位于支撑底座的侧面和边缘，而不是面向中心时，身体失去姿势平衡，并且重心变得更高和更不稳定，因为一个人或对象的低稳定性与高重心和在支撑底座边缘或外部的重力投影有关。

从这个角度来看，每只脚有26块骨头，33个关节，100多块肌肉，韧带和肌腱。每只脚的33个关节中有30个是滑膜关节。滑膜关节本身没有血液供应，因此依靠关节内和关节周围的运动来维持关节内足够水平的滑液。传统手杖脚的大小、形状、排列和位置，以及手杖杆和手柄，使身体的重量不会从最接近手杖的脚上滚动到脚跟到脚趾。当体重没有从脚跟到脚趾翻滚到脚上时，脚的滑膜关节停止产生足够量的滑液，并且脚的滑膜关节周围的肌肉和筋膜收缩，并且脚会变得疼痛。

仍然有需要具有手杖脚的助行器或手杖，其更紧密地合作以反映肌肉骨骼系统的正常步态周期。

技术实现要素：

在实施例中，一种助行器，例如步行手杖，一般包含狭长杆，一在杆的第一上端的手柄，以及在与第一端相对的杆的第二下端的脚座。该杆包含一狭长的中空、部分填充或全部填充管子。手杖杆可以具有一横截面，其基本上是圆形、椭圆形、正方形、长方形、三角形或任何各种适合的形状。杆可以由轻质铝、碳素纤维、塑料或任何各种材料或其组合，其优选轻质却又耐用的。

在实施例中，手杖杆在顶端、中间、底端或其任结合是可调节的。在一特定实施例中，其中手杖杆在杆的顶端和底端都为可调节的，这个配置允许用户维持姿势的稳定性以及在坐或站之前和在一段楼梯的上行或下行中调节杆的高度时垂直对齐。

在实施例中，手杖杆的顶部与杆的底部对齐成一个更大的后角。手杖的手柄是狭长的并且延伸到杆的后侧和前侧。在一特定实施例中，手柄的后侧部分比手柄的前侧部分更长，并且可选地在表面积上更大，使得手柄被配置成使得当人的手握住手柄时，手柄将在杆的上方偏移。

在实施例中，手杖的脚部分是狭长的并且向手杖杆的前侧和后侧延伸。在一特定实施例中，脚部分的前侧部分比后侧部分长。脚部分的底部和侧面在外形上是管状的或弓形的。换言之，脚部分的表面接触部分是非平面的，但反而是弯曲的或弓形的，允许脚部分在步态周期中在一表面上翻滚，从而模仿正常步态周期中脚后跟到脚趾的动作。在一实施例中，手杖脚由一内部和一管状橡胶的外部制成，可选择地具有一个或多个脊以提供摩擦力和额外的稳定性。

在某一实施例中，脚部分的前侧和手杖手柄的后侧相对于手杖杆的中心延伸一基本上相似或相同的长度，而脚部分的后侧和手杖手柄的前侧也相对于手杖杆的中心延伸一基本上相似或相同的长度。在这种结构中，基本上垂直的假想线从前侧部分的一端延伸为手杖手柄以及脚部分的后侧部分的端，形成两个直角三角形，互相颠倒，手杖杆形成每一个直角三角形的斜边。

根据本文所述实施例的手杖在不延长髋轴和对侧手之间的距离的情况下给予用户一种机械优势。这根手杖的杆与手柄和脚对齐成一角度，手杖杆的顶部比底部更靠后地对齐。这样做是为了减少髋关节的轴线和对侧手之间的距离，并从脚后跟到脚趾帮助最靠近手杖触及地面的脚。如上所述，当脚从脚后跟到脚趾接触地面时，其能够在步态周期的站立期充当移动的适配器，并且在步态周期的迈步期充当帮助驱使身体向前的杠杆。

另外，如上所述，一个人或对象的稳定性与重心在身体所依靠的支撑底座面积上的对准成正比。在步态周期的迈步期中，传统的手杖杆变得水平的而不是垂直的，只有手杖脚的小的前侧边缘维持身体的稳定性。本实施例的手杖脚或手杖脚部分较大的尺寸，形状和表面积，以及其相对于手杖杆和手柄的方向，使得手杖杆更加垂直，以在运动期间给予用户更好的垂直稳定性。与传统的手杖相反，手杖脚的整个正面或前侧部分，而不仅仅是前缘，在步态周期的迈步期保持与地面的接触，使得身体在使用该手杖时站立和运动期间保持髋关节的轴线和对侧手之间的较短距离。此外，手杖手柄相对于脚部分和杆的位置，阻止手腕、手臂和肩关节在运动方向过度伸展，手杖手柄对于手杖脚的方向保持肩胛骨底部与肩带以及身体其他部分在运动过程中对齐。

在运动过程中，头部优选地保持垂直定向，以便维持身体其他部分的姿势对准和稳定性。在实施例中，手杖脚部分和手柄之间的关系保持重力线和压力中心在运动中集中在支撑底座的上方。与传统手杖不同的是，根据本实施例的手杖的配置允许用户保持他们的头部处于与他们身体的其他部分以及视线对准的姿势，并且脚趾和脚后跟朝着物体移动的方向移动。这是优选的，因为当视线朝着人的运动方向，而不是向下在地面时，在运动过程中，身体会经历更多的感觉和本体感受器输入，因此平衡和身体稳定性。与目前现有的手杖形成对比，本发明的实施例提供了未满足的需要，因为它们更好地保持了用户在运动期间的垂直定向和姿势稳定性，当从坐到站立过渡时，以及当上行或下行一段楼梯时。

上述概要不旨在描述每一个示出的实施例或本文中每一个主题的实施。下面的附图和详细描述更具体地例示了各种实施例。

附图说明

考虑到以下结合附图对各种实施例的详细描述，可以更全面地理解本文的主题，其中：

图1为现有技术的传统手杖透视图；

图2为根据一实施例的一种助行器透视图；

图3为图1中的现有技术手杖和图2中的助行器的并排对照；

图4为根据一实施例的助行器的手柄部分的放大视图；

图5为根据一实施例的助行器的脚部分的放大视图；

图6为根据另一实施例的助行器的脚部分的透视图；以及

图7为图6的脚部分的仰视图。

虽然各种实施例能够适应各种修改和替代形式，但是其细节已经在附图中以示例的方式示出并且将被详细描述。然而，应当理解，其不旨在将所主张的发明限定于所描述的特定实施例。相反，其旨在涵盖落入权利要求所界定的主题的精神和范围内的所有修改、等同和替代。

具体实施方式

参考图1，现有技术的一种传统步行手杖10包括狭长杆12，其具有连接到杆12的第一端12a的手柄14，以及连接到杆12的第二端12b的脚部分16。手柄14包括从杆12向后面延伸的后侧部分14a，以及从杆12向前面延伸的前侧部分14b。通常，当从杆12的中心点到容纳受试者手所握持的手柄14测量时，后侧部分14a比前侧部分14b长，

脚部分16的横截面通常是圆形的，并且围绕杆12的圆周从杆12径向延伸，使得脚部分16的表面接触部分16a具有比杆12更大的直径。杆12从手柄14向脚部分16基本上垂直延伸。如上所述，在步态周期的迈步期中，这就造成了传统的手杖杆变得水平的而不是垂直的，只有手杖脚的小的前侧边缘维持身体的稳定性。此外，为了在使用传统手杖时具有机械优势，髋关节的轴线和对侧手之间的距离必须远离身体延伸。压力中心的平均位置向手杖侧横向地移位以维持身体的平衡，反过来，造成了身体的重心向更高并更接近支撑底座的边缘移动。由于传统手杖脚的尺寸，形状，和方向以及其与手杖杆的方向，人的手臂，手腕和头部在运动中向前和向后移动，短期内导致不平衡和不稳定性，以及长期内导致疼痛。

现参考图2，根据本发明一实施例，一种助行器100通常包含一狭长杆102，其在第一端102a和第二端102b之间延伸，一连接到第一端102a的手柄，以及一连接到第二端102b的脚座106。杆102可以包含一狭长的中空且部分填充或全填充的管子。杆102可以包含一横截面，其基本上是圆形、椭圆形、正方形、长方形、三角形或任何各种适合的形状。杆102可以由轻质铝、碳素纤维、塑料或任何各种材料或其组合，其优选轻质却又耐用的。

在实施例中，杆102在靠近第一端102a、中间部分、靠近第二端102b，或其任何组合，是高度可调节的。杆102可以通过任何本领域普通技术人员已知的合适的方法进行高度调节，包括但不限于将杆102的两部分螺纹连接的螺纹连接件103，其通过在连接件和这两部分上形成相应的螺纹来达成。这两个部分是伸缩布置，使得当连接件松开时，第一部分可以收纳在第二部分内或从第二部分伸出，以便分别缩短或延长杆102。在适当的高度上，通过旋入拧紧连接件。其他合适的调整机构可以包括，例如，被压下的弹簧销，其允许被收纳的杆部分相对彼此调整，其后释放以允许销从杆102中于不同高度形成的一系列开口的孔中伸出。

在一特定的实施例中，图2中所描述的，手杖杆102靠近杆102的顶端和底端都为可调节的，该配置允许用户在坐或站之前，和上行一段楼梯之前或下行一段楼梯之后调节手杖的高度时，维持姿势稳定性以及垂直对齐。

再参考图2，在实施例中，杆102的顶端102a以比杆102的底端102b更大的后角对准。参考图4，手杖100的手柄104是细长的，并且向杆102的后侧和前侧延伸。手柄104的总长度可以为约3英寸到7英寸，尤其约为5英寸。在一特定实施例中，当从杆102的中心点测量时，手柄104的后侧部分104a比手柄104的前侧部分更长，并且可选地在表面积上更大，使得手柄104被配置成使得当人的手握住手柄时，手柄104将在杆102的上方偏移。后侧部分104a可以比前侧部分104b长约1.25到3倍。在一特定实施例中，当从杆102的中心点测量时，后侧部分104a比前侧部分104b长1.5倍，并且可以例如是约3英寸，而前侧部分104b可以是约2英寸。

手柄104可以是近似传统手杖手柄的形状，包括弯曲的顶表面，或可以有一个更多线型的顶表面。手柄104可以是任何合适的材料，例如，开孔或闭孔泡沫，以提供合适的支撑却又舒适。手柄104还可以包括一可选的覆盖物以提供额外的握把，例如硅胶或橡胶的覆盖物。在实施例中，后侧部分104a的圆周或周长可以等于或大于前侧部分104b。在一特定实施例中，前侧部分104b最前部分的圆周可为约3至约5英寸，尤其为约4英寸，并且加宽到后侧部分104a约3.5至约5.5英寸，尤其为约4.5英寸。在实施例中，从前侧部分104b到后侧部分104a的加宽可以是连续的或离散的(阶跃变化)。

现参考图5，在实施例中，手杖100的脚座106是细长的并向前侧和后侧延伸到杆102。在一特定实施例中，脚座106的前侧部分106b比后侧部分106a长。脚座的总长可以从大约3英寸到大约8英寸，尤其约5-6英寸，尤其约5.5英寸。在一特定实施例中，当从杆102的中心点测量时，脚座106的前侧部分106b比脚座106的后侧部分106a更长，从而模仿相对于腿胫骨的脚的脚后跟和前侧部分。前侧部分106b可以比后侧部分106a长大约1.25到3.5倍。在一特定实施例中，当从杆102的中心点测量时，前侧部分106b比后侧部分106a长1.75倍，并且可以例如是约3.5英寸，而后侧部分106a可以是约2英寸。

脚座106的底表面106c可以是管状的或弓形形状。换言之，脚座106表面接触部分106c是非平面的，并且是弯曲的或弓形的(圆形的或椭圆的)，允许脚座在步态周期中在一表面上翻滚，从而模仿正常步态周期中脚后跟到脚趾的动作。在实施例中，圆周或周长(非圆形的)沿着脚座106的长度变化，例如从约4英寸到约7英寸，并且可选择地在靠近杆102的区域内可以更宽，其后在前侧和后侧方向都逐渐变窄。在其他实施例中，脚座106的圆周或周长沿着前侧部分106b，后侧部分106a，或两者都基本恒定。脚座106的高度可以在前侧部分106的一端上大于后侧部分106a的一端，并且可以在约1英寸到约3英寸的范围内。

在一实施例中，脚座106由内部材料和外部覆盖物制成，内层材料为例如开孔泡沫、闭孔泡沫、塑料或橡胶材料，外部覆盖物为例如管状橡胶或硅胶，可选择地在其上形成一个或多个脊，以提供摩擦力和额外的稳定性。

现在再参考图3，传统的手杖10包括从手杖杆12的中心延伸到表面s的垂直重力线vlog1，其通过手杖脚16的中心延伸。第一重力线log1从手柄14的前侧部分的一端延伸到脚16的后侧部分的一端。第二重力线log2从手柄14的后侧部分的一端延伸到脚16的前侧部分的一端。vlog1和log2的交叉点在杆12的下方部分，并且交叉点的下方区域代表一个低而窄的支撑底座bos1。

现参考手杖100，垂直的重力线vlog2从手杖杆102的中心延伸到表面s，其从脚座106的中心偏移，并且反而与脚座106的后侧部分106a的后侧或一端上的表面s相交，取决于从杆102的中心到后侧部分106a的长度。第一重力线log1’从手柄104的前侧部分104b的一端延伸到脚座106的后侧部分106a的一端。第二重力线log2’从手柄104的后侧部分104a的一端延伸到脚106的前侧部分106b的一端。vlog2和log2’在杆12中间部分相交，并且交叉点的下方区域代表一个更高且更大的支撑底座bos2。

在某些实施例中，log1’在表面s与vlog2相交或几乎相交，形成一个很小的角度，使得log1’几乎是垂直的，而在手杖10的情况下，log1沿杆12与vlog1相交。手杖100的手柄104、脚座106以及杆102的形状、对准和定向，使得手腕和肩膀保持姿势对准并与身体中线保持平衡，并且肩膀和髋关节保持垂直定向并与胸和骨盆带对准。

现参考图6和7，根据另一实施例的脚座206包括第一部分206a和第二部分206b，第一部分206a沿着其长度具有一轻微变化的直径，最大直径在中心位置出现，并且延伸到辅助器具的杆s的前侧和后侧，第二部分206b沿其长度的直径基本恒定，并且延伸到第一部分206a的前侧。第二部分206b的曲率半径显著大于第一部分2061的平均曲率半半径，使得第二部分206b显得比第一部分206a“更平坦”。第二部分206b与第一部分206a的曲率半径之比可以在约1.25:1到约5:1的范围内。第一部分206a可以通过一个或多个脊208与第二部分206b分开，和/或终止在脊208中。附加的脊可以根据需要沿着第一部分206a和/或第二部分206b在横向和/或纵向上形成。

如上所述，根据本文所述的是实施例的手杖在不延长髋轴和对侧手之间的距离的情况下，给予用户机械优势。手杖的杆与手柄和脚对准成一定角度，并且手杖杆的顶部比底部对准的更靠后。这样做是为了减小髋关节的轴线和对侧手之间的距离，并帮助最靠近手杖的脚从脚后跟到脚趾接触地面。如上所述，当脚从脚后跟到脚趾接触地面时，可以在步态周期的站立期充当移动适配器，并在步态周期的迈步期充当杠杆以帮助推动身体向前。

如上所述，一个人或对象的稳定性与重心在身体所依靠的支撑底座面积上的对准成正比。在步态周期的迈步期中，传统的手杖杆变得水平的而不是垂直的，并且只有手杖脚的小的前侧边缘维持身体的稳定性。本实施例的手杖脚或手杖脚部分较大的尺寸、形状和表面积，以及其相对于手杖杆和手柄的方向，使得手杖杆更加垂直，以在运动期间给予用户更好的垂直稳定性。与传统的手杖相反，手杖脚的整个正面或前侧部分，而不仅仅是前缘，在步态周期的迈步期保持与地面的接触，使得身体在使用该手杖时站立和运动期间保持髋关节的轴线和对侧手之间的较短距离。此外，手杖手柄相对于脚部分和杆的位置，阻止手腕、手臂和肩关节在运动方向过度伸展，手杖手柄对于手杖脚的方向保持肩胛骨底部与肩带以及身体其他部分在运动过程中对齐。

在运动过程中，头部优选地保持垂直定向，以便维持身体其他部分的姿势对准和稳定性。在实施例中，手杖脚部分和手柄之间的关系保持重力线和压力中心在运动中更集中在支撑底座的上方。与传统手杖不同的是，根据本实施例的手杖的配置允许用户保持他们的头部处于与他们身体的其他部分以及视线对准的姿势，并且脚趾和脚后跟朝着物体移动的方向移动。这是优选的，因为当视线朝着人的运动方向，而不是向下在地面时，在运动过程中，身体会经历更多的感觉和本体感受器输入，因此平衡和身体稳定性。与目前现有的手杖形成对比，本发明的实施例提供了未满足的需要，因为它们更好地保持了用户在运动期间的垂直定向和姿势稳定性，当从坐到站立过渡时，以及当上行或下行一段楼梯时。

尽管本文的实施例代表了一种步行手杖，但也可以考虑其他助行器，例如支撑物、拐杖、助行或手臂支架，或各种助行器中的任何一种。

本文已经描述了系统，设备和方法的各种实施例。这些实施例仅通过示例的方式给出，并不旨在限制要求保护的发明的范围。此外，应当理解，所述实施例的各种特征可以以各种方式组合以产生许多另外的实施例。而且，尽管已经描述了各种材料、尺寸、形状、构造和位置，等等，用于所公开的实施例，但是在不超出所要求保护的发明的范围的情况下，可以利用除了所公开的那些之外的其他材料。

相关领域的普通技术人员将认识到，本文的主题可以包含比上述任何单个实施例中示出的更少的特征。本文所述的实施例并不意味着一种可以组合本主题的各个特征的方式的详尽描述。因此，实施例不是特征的互斥组合；相反，各种实施例可以包含从不同的单个实施例中选择的不同单个特征的组合，如本领域普通技术人员所理解的。而且，即使没有在这样的实施例中描述，关于一个实施例描述的元件也可以在其他实施例中应用，除非另有说明。

尽管从属权利要求可以在权利要求中引用与一个或多个其他权利要求的特定组合，但其他实施例也可以包括从属权利要求与彼此从属权利要求的主题的组合，或者一个或多个特征与其他从属或独立权利要求的组合。除非阐明不旨在一特定的组合，否则本文提出了这样的组合。

通过引用上述文件的任何并入都是受限的，使得没有与本文明确公开相反的主题被合并。通过引用上述文件的任何结合进一步受到限制，使得文中所包括的权利要求没有通过引用并入本文。通过引用上述文件的任何结合进一步受到限制，使得文中提供的任何定义不是通过引用并入本文，除非本文明确包括。

为了解释权利要求书，明确指出，除权利要求中记载的特定术语“用于…的手段”或“用于…的步骤”以外，否则不得援引条款35u.s.c.§112(f)。