具有可變表情的玩偶的製作方法
2023-05-04 03:32:31
專利名稱：具有可變表情的玩偶的製作方法
技術領域：
涉及一種玩偶，特別是一種具有可變表情的玩偶。
背景技術：
電子信息技術的進步，讓人機互動呈現出更加多樣的途徑。例如，玩偶在人類歷史中已有很長時間的存在，從古代用於表演玩賞的木偶，到現代利用各種電子信息技術手段實現的智能玩偶，人機互動的方式發生了巨大的變化，但其共同的特徵是這些玩偶具有模仿人或動物形體的外形，特別是模仿人或動物的五官特徵，尤其是五官之一的眼睛和嘴部特徵，且通常加以藝術化、卡通化的誇張手法來實現。現代的智能玩偶，例如國內的「皮皮熊」，國外的「菲比(furby)」玩偶等，可以接受使用者的語音、按鍵、觸摸、電磁等輸入，然後做出發聲、發光、機械運動(眨眼或揮舞肢體)等來表達情緒。然而，這些智能玩偶卻不善於表達表情，例如當前的「皮皮熊」系列智能玩偶雖然可以通過語音表達情緒，但其面部表情是不能變化的；菲比玩偶可通過機械運動來實現眨眼的動作，但機械運動會有噪聲，且結構複雜，可靠性較低。例如中國專利申請CN200480009933. 1和美國專利申請US6758717B1 中描述了一種利用機械方法更換預先設定的眼睛圖像的玩偶來達到可變眼睛的目的。這種方法結構較複雜，因而可靠性低。又如中國專利CN200710003446. X中公布的電子玩偶，採用電機驅動的方法實現嘴部的張合，同樣存在結構複雜可靠性較低的問題，且不耐撞擊。廣義上來講，智能玩偶包括一切使用了電子信息技術且以實現人機互動為目的的裝置，如機器人，電子寵物等。通常的智能玩偶雖然具有擬人的特徵，包括模仿人類或寵物 (或一切動物)的外形、語音甚或動作，但受制於技術、成本，尚無法較好地實現可變的表情，這使得當前的智能玩偶的交互趣味大打折扣。
發明內容本實用新型旨在克服上述玩偶的缺點，以可以接受的成本和更高的可靠性，提供一種具有可變表情的玩偶，提高玩偶的交互樂趣。為了實現以上的目的，本實用新型提供一種具有可變表情的玩偶，其包括殼體，具有模仿人或動物形體的外形；頭部，是所述殼體的一部分，具有模仿人或動物頭部形體的外形；至少一個表情組件，安裝於殼體頭部，包含可顯示多種圖案用以模仿人或動物表情的無源段式電子紙顯示模組，還包括輪廓限定部件，用於限定所述無源段式電子紙顯示模組從殼體外側可被觀察的形狀；所述表情組件至少包括用於模仿眼部表情的眼部表情組件。驅動模組，與所述無源段式電子紙顯示模組電連接，用於驅動其顯示圖案。和所有智能玩偶一樣，以上所述的玩偶，其中還包括控制模組，設於所述殼體內， 包括微處理器和外圍模塊，用於對輸入信號進行處理，並控制玩偶發出聲、和/或光、和/或電、和/或機械的輸出。[0011]以上所述的表情組件可以採用多種輪廓限定部件安裝在所述玩偶的頭部其一，所述輪廓限定部件是頭部的一個開口或透明區域，所述開口或透明區域具有大致模仿人或動物五官之一的輪廓特徵的輪廓，限定了無源段式電子紙顯示模組從玩偶外側可被觀察的形狀；其中無源段式電子紙顯示模組具有和所述開口或透明區域大致相同的輪廓，所述電子紙顯示模組嵌入所述的開口或透明區域；或所述無源段式電子紙顯示模組從頭部內側安裝在所述開口或透明區域處，並可被使用者從殼體外側觀察。其二，所述的輪廓限定部件為一五官殼體，所述五官殼體大致具有與人或動物任一五官的外形，五官殼體內包含了無源段式電子紙顯示模組，五官殼體具有透明輪廓用於限定無源段式電子紙顯示模組從玩偶外側可被觀察的形狀；五官殼體上有可拆卸的物理連接裝置，玩偶殼體上亦有可拆卸物理連接裝置，例如按扣，所述物理按扣使得表情部件可固定在玩偶殼體上。五官的外形，舉例而言，例如眼部表情組件可以採用有一定厚度的圓盤結構來模仿眼睛的外形。對於表情而言，眼部表情是最為重要的，因而本實用新型所述之玩偶所包括的表情組件中至少包括眼部表情組件；而通常眼部表情都是以臉部中軸線呈左右對稱分布。為了進一步簡化玩偶內部電連接結構的複雜性，降低成本，多個表情組件之無源段式電子紙顯示模組通過柔性連接線電連接至同一驅動模組，所述驅動模組包括相應驅動晶片，所述驅動晶片通過I2C或SPI串行接口連接至控制模組之微處理器相應埠。優選地，其中所述的無源段式電子紙顯示模組是無源段式(segmented drive或稱 directdrive)電泳顯不(Electrophoretic Display)模組。例如美國 E INK 公司、Sipix 公司，或中國奧翼公司提供的電泳顯示模組(屏)(Electrophoretic Display)。有別於應用在電子書等高解析度場合的有源矩陣電泳顯示模組需要昂貴的TFT驅動像素電極，無源段式電泳顯示模組可利用PCB/FPC/薄膜開關電路技術來直接製作像素電極背板，用以顯示簡單的預設圖案，但可大幅降低製作成本。所述無源段式電泳顯示模組包括公共電極，與公共電壓連接；像素電極層，包括若干像素電極，所述像素電極分別與驅動模組連接；以及電泳顯示材料層，位於共電極層和像素電極層之間，包括多個微腔，微腔中包括懸浮液以及至少一種帶電粒子；公共極板層和像素電極之間施加一定的驅動波形以驅動電泳顯示材料層顯示像素電極層上預設的圖案。無源段式電泳顯示模組可以採用柔性結構，這樣更適用於安裝在有一定曲度的表面。而典型的柔性的無源段式電泳顯示模組則包括結構透明IT0薄膜公共電極，與公共電壓連接； FPC或薄膜開關電路像素電極層，包括若干像素電極，像素電極分別與驅動模組連接;以及電泳顯示材料層，位於公共電極和像素電極層之間，其包括多個微腔，微腔中包括懸浮液以及至少一種帶電粒子。上述的微腔，業內常見的有微膠囊和微杯(micro-cup)兩種結構。除了上述的眼部表情組件，依據五官的劃分，所述的表情組件又可以具體劃分為眼部表情組件、嘴部表情組件、眉部表情組件、鼻部表情組件、耳部表情組件，各組件依次模仿眼部表情、嘴部表情、眉部表情、鼻部表情、耳部表情。儘管有些五官組件是真實動物所不具有的，例如眉部表情組件所模仿的眉毛器官是大多數動物所不具有的，但是作為一種擬人化和卡通化的需求，也不能完全排除，例如市場上現有的喜洋洋玩偶即具有眉毛。由於相隔較近，眉部表情組件和眼部表情組件使用同一個無源段式電子紙顯示模組，通過不完全相同的像素電極來區分。依據以上所述，本實用新型的優點在於1)和傳統的不具有可變表情的玩偶相比，本實用新型使得玩偶具有了可以模仿人或動物且可以變化的表情特徵，立竿見影，大大提高了玩偶的交互樂趣；2)和傳統的機械式方式實現的可變表情的玩偶相比，本實用新型使用的無源段式電子紙顯示模組沒有了機械部件，因此可靠性得到提高；3)和傳統的機械方式相比，本實用新型採用的技術可以大大豐富表情內容；4)傳統的技術方案中，無源段式電子紙顯示，被視為較低端(low end)的技術，例如目前大規模實用的無源段式電泳顯示模塊(技術)一般應用於數字(如電子紙手錶、價格牌等)、單獨的(stand alone)圖標等顯示，本實用新型克服技術偏見，拓展了電子紙的應用領域。下面將結合若干較佳實施例進一步闡述本實用新型的精神和細節，以便增強公眾對本實用新型的理解。為突出本實用新型技術特徵，省略了一些公知技術的細節；或者雖然公布了一些公知技術或結構方面的細節，但本領域的專業人員很容易想到其他類似的實現方法，因而這些技術或結構方面的細節僅是為了增加公眾對本實用新型的理解而非限定本實用新型。
圖1 :本實用新型所述具有可變表情的玩偶100圖2 :具有可變表情的玩偶100的頭部110的側視圖圖3 :無源段式電泳顯示模組121的剖面圖圖4 :無源段式電泳顯示模組121的像素電極示意圖和電連接關係圖5 :具有可變表情的玩偶100的內部電連接關係圖圖6 :控制模組內部電路連接關係圖圖7 :具有可變表情的玩偶100的內部電路連接物理位置結構圖圖8A、圖8B :具有可變表情的玩偶100的效果圖圖9 :無源段式電子紙顯示模組221的第二種安裝方式圖10 :無源段式電子紙顯示模組321的第三種安裝方式具體實施例如圖1所示的是本實用新型所述的具有可變表情的玩偶100 (以下簡稱玩偶100)， 包括殼體頭部110 ;而頭部110包括了眼部表情組件120，電子紙顯示模組121，以及殼體頭部110上的用於安裝和限定眼部表情組件的橢圓形輪廓限定部件——開口和透明保護層 112。眼部表情組件120上是模仿眼部表情的圖案122 ;與眼部表情組件120成左右對稱的眼部表情組件130，電子紙顯示模組131，以及與眼部表情圖案122成左右對稱的眼部表情圖案132。殼體頭部110還安裝有嘴部表情組件140，電子紙顯示模組141，用於模仿嘴部表情。一般地，玩偶殼體可以是實心的，亦可以為空心的；或者分層結構，相應地，表情組件安裝於殼體上，包括了多種方式實心殼體，安裝在殼體的外側；空心殼體，安裝於殼體外側或內側；分層結構，安裝在第一層外側或內側，亦可以安裝於第二層的外側，對於安裝在殼體第一層內側(單層結構歸為第一層)或這第二層外側的方式，都需要在第一層設相應的輪廓限定部件以使得電子紙顯示模組顯示的圖案能為觀察者從殼體外部所觀察到並限定其形狀。圖2所示為頭部110的側視剖面圖，其中殼體的眼部表情組件的輪廓限定部件一開口和透明保護層112後面安裝了電子紙顯示模組121，這樣電子紙顯示模組121上的顯示錶情圖案就可以被觀察者從玩偶殼體外部看到，又起到保護電子紙顯示模組121的作用，同時可以限定電子紙顯示模組可被觀察的形狀，該形狀模仿眼部的輪廓，如圓形或橢圓形，這使得電子紙顯示模組可以是矩形，便於製造的同時不妨礙模仿眼部形狀。電子紙顯示模組121的安裝依據模組本身的柔性和非柔性，以及殼體的材料而有所不同；本實施例中，電子紙顯示模組121為柔性結構，圖3給出了具體結構。玩偶100的殼體為布料(絨) 外罩，其外罩罩在內膽160之上，是一種可拆卸的結構，電子紙顯示模組121安裝在內膽160 上，並通過殼體頭部110上的輪廓限定——開口和透明保護層112來限定其被玩偶外側所觀察到的形狀。由於外罩可拆卸，因而便於水洗清潔。內膽可以是布制材料填充棉花，又或者是塑膠材料，各有不同的優點和適用的玩偶種類。圖3所示為電子紙顯示模組121的剖面圖。具體地，電子紙顯示模組121為無源段式電泳顯示模組。電子紙技術除了這裡所述的電泳顯示技術外，還有電潤溼顯示、膽固醇液晶顯示、電子粉流體顯示技術等。無源段式電泳顯示模組的無源是相對於有源而言，即沒有有源器件，例如薄膜電晶體(TFT)，作為驅動開關來選通不同的像素，而是採用簡單的導電電極，例如PCB、FPC上的導電焊盤，或者PET薄膜上的導電油墨電極直接形成像素電極(即開關薄膜電路)等；其中段式是指像素電極是非矩陣式排列的，而是一些通過預設的一定圖案的電極來驅動顯示預設圖案。圖3中電子紙顯示模組121的上層(觀察者一側) 為透明的IT0導電薄膜的公共電極，具體包括透明薄膜121A，以及附著其上的透明導電公共電極121B ;下層為像素電極層121C以及下基材121D，可採用PET薄膜上的導電油墨電極的技術製作像素電極層121C，下基材121D為柔性的PET薄膜，因而電子紙顯示模組121 為柔性無源段式電泳顯示模組。公共電極121B和像素電極層121C之間為電泳顯示材料層121E，其中包括微膠囊121E1作為微腔，微膠囊121E1中包含懸浮液121E3，帶負電的白色粒子121E2，帶正電的黑色粒子121E4。電泳顯示材料還有其他微腔和粒子系統結構，例如Sipix公司的微腔不採用微膠囊,而採用固定形狀的微杯結構(micro cup),而微杯中包含帶顏色而非透明的懸濁液，以及一種帶電顏色粒子；又或者微腔中的兩種顏色粒子，其中只有一種粒子帶電，因而可在懸濁液中受外加電場控制而運動，而另一種顏色粒子不帶電， 則懸浮在懸浮液中從而形成背景色。關於多種電泳顯示材料層的描述也可以參見中國專利 CN201020109329. 9的相關描述。柔性電泳顯示屏的製作，具體地，還可參考柔性無源段式電泳顯示屏的製作可具體參考中國專利CN200310123446. 5和CN200320130781. 3中的相關描述。像素電極層121C包含了若干像素電極，包括輪廓像素電極121C1U21C2，表情像素電極121C3和121C4。參照圖4為電子紙顯示模組121電極圖案的頂視圖，其中輪廓像素電極121C1為橢圓環，輪廓像素電極121C2為橢圓(橢圓的內部被進一步劃分為若干表情像素電極，因而嚴格來講輪廓像素電極121C2是除去其內部各個表情像素電極的橢圓的剩餘部分，為簡便起見，只以其外圍輪廓來相稱)，它們都可以用於表示眼部的輪廓；表情像素電極121C3為上彎的圓弧，用於表示「高興」的眼部表情，表情像素電極121C4為下彎的圓弧，用於表示「不高興」的眼部表情。各個像素電極通過驅動線123連接到驅動模組 151，驅動線123走線通常布在下基材121D上的像素電極層121C的背面，圖4中用虛線表圖5表示了玩偶100內部電路連接關係圖。其中電子紙顯示模組121電連接驅動模組151，以便接受來自驅動模組151的驅動電壓波形來顯示特定的圖案；驅動模組151可使用晶門科技公司(Solomon systech)提供的SSD1623電子紙驅動晶片作為核心,加上必要的電容等外圍元件構成。驅動模組151電連接控制模組152，從而控制模組152可以控制驅動模組151發出特定的電壓驅動波形來驅動不同的像素電極使電子紙顯示模組121顯示特定圖案。如圖6所示，控制模組152包括至少微處理器晶片1520，例如Atmel公司的 ATMEGA88微處理器；控制模組152還包括用於接受用戶輸入的按鍵開關1524、電容觸摸按鍵1523等；控制模組152還包括發光器件LED燈1521，發聲器件揚聲器1522，機械驅動器件永磁電機1525等。電源153用於給各個電路模塊供電。圖7示意了電路連接在玩偶內部的物理布局，其中當玩偶100有多個表情組件時， 例如至少包括了眼部表情組件120/130，相應地，電子紙顯示模組121/131連接至同一個驅動模組151 ;同樣地，當還包括嘴部表情組件140及相應的電子紙顯示模組141時，亦連接至驅動模組151。驅動模組151安裝在上述3個表情組件之間以便減少連接線的長度。驅動模組採用的驅動晶片，例如SSD1623/SSD1629等，可使用C0B方式封裝在PCB板上，有利於驅動模組減小面積和降低成本。驅動模組可通過串行接口，例如I2C(Inter-Integrated Circuit)或 SPI (Serial Peripheral Interface)接口連接至控制模組 152 的 ATMEGA88 微處理器1520上，通常上述的串行接口只需要2 4條連線即可；當然控制模組和驅動模組之間還需要地線連接，此為常識；電源153和控制模組152安裝在一起，並通過電源線給控制模組152和驅動模組151供電，電源線和串行接口線採用統一排線連接至驅動模組151。 例如電源線為VCC，地線為GND，SPI串行接口連線包括數據線SDI、SD0，時鐘線SCL，使能線 CS，因此控制模組152和驅動模組151之間的排線連接共需6條線。圖8A和圖8B示意了玩偶100的通過眼部表情組件和嘴部表情組件組合出的兩種不同的表情狀態，其中圖8A所示為「高興」的表情，此狀態下，眼部表情組件120中的電子紙顯示模組121的輪廓像素電極121C1以及表情像素電極121C3點亮，於此對稱地，眼部表情組件130中的與像素電極121C1/121C3相對稱的像素電極點亮，因而眼部表情組件顯示的表情圖案為左右對稱的橢圓環(眼部輪廓)，以及上彎弧線(眼部表情)122和132 ;而嘴部表情組件140顯示的表情圖案為下彎弧線，由此構成了玩偶100的「高興」的表情。圖8B 與圖8A相反，其中玩偶100表達的是「不高興」的表情；此狀態下，眼部表情組件120中的電子紙顯示模組121的輪廓像素電極121C1以及表情像素電極121C4點亮，於此對稱地，眼部表情組件130中的與像素電極121C1/121C4相對稱的像素電極點亮，因而眼部表情組件顯示的表情圖案為左右對稱的橢圓環(眼部輪廓)，以及下彎弧線(眼部表情)；而嘴部表情組件140顯示的表情圖案為上彎弧線，由此構成了玩偶100的「不高興」的表情。人類或動物表情在藝術化、卡通化的加工下雖然存在多種多樣的圖案，但公眾對此的內涵和外延都有相當一致的認同，因此，在本實用新型精神下使用的各種形狀的像素電極來模仿人類或動物表情的做法都應被視為涵蓋在本實用新型的保護範圍內。圖9示意了電子紙模塊另一種安裝方式。眼部表情組件220所包含的電子紙顯示模組221以嵌入的方式安裝在殼體頭部210上，因此電子紙顯示模組221需具有眼部輪廓的外形，如橢圓形，因此必須橢圓形狀的無源電泳顯示模組來製作。圖10示意了電子紙模塊的第三種安裝方式。眼部表情組件320具有一個半球形狀的殼體，用於表示眼部的立體輪廓，殼體內有電子紙顯示模組321。眼部表情組件320從殼體頭部310外部固定其上，半球形的殼體使得眼部表情組件更有立體感。表情組件和電子紙顯示模組的具體固定的方式可以依據殼體的材料而有多樣的選擇，例如當玩偶的殼體使用毛絨時，可用膠水粘固、縫接等等；當殼體使用塑料、塑膠、金屬等具有一定剛性的材料時，縫接不便使用，但還可以使用螺絲固定等。本專業領域的人員可以使用多種方式來將表情組件和電子紙顯示模組固定於玩偶的殼體之上而不需創造性的勞動。以上所述的實施例在於幫助公眾理解而非限定本實用新型，本專業領域人員可以依照本說明書做出各種等效的變更和修飾而不超出本實用新型的範圍。
權利要求1.一種具有可變表情的玩偶，其包括殼體，具有模仿人或動物形體的外形；頭部，是所述殼體的一部分，具有模仿人或動物頭部形體的外形；至少一個表情組件，安裝於殼體頭部，包含可顯示多種圖案用以模仿人或動物表情的無源段式電子紙顯示模組，還包括輪廓限定部件，用於限定所述無源段式電子紙顯示模組從殼體外側可被觀察的形狀；所述表情組件至少包括用於模仿眼部表情的眼部表情組件。驅動模組，與所述無源段式電子紙顯示模組電連接，用於驅動其顯示圖案。
2.如權利要求1所述的玩偶，其中所述輪廓限定部件是頭部的一個開口或透明區域， 所述開口或透明區域具有大致模仿人或動物五官之一的輪廓特徵的輪廓，限定了無源段式電子紙顯示模組從玩偶外側可被觀察的形狀；其中無源段式電子紙顯示模組具有和所述開口或透明區域大致相同的輪廓，並嵌入所述的開口或透明區域；或無源段式電子紙顯示模組從頭部內側安裝在所述開口或透明區域處，並可被使用者從殼體外側觀察。
3.如權利要求1所述的玩偶，其中所述的輪廓限定部件為一五官殼體，所述五官殼體大致具有與人或動物任一五官的外形，五官殼體內包含了無源段式電子紙顯示模組，五官殼體具有透明輪廓用於限定無源段式電子紙顯示模組從玩偶外側可被觀察的形狀。
4.如權利要求2所述的玩偶，其中所述殼體採用為布料外罩，外罩內包括內膽，外罩和內膽可分離；無源段式電子紙顯示模組為柔性結構，安裝於內膽外表面；外罩上設有表情組件且至少包括用於模仿眼部表情的眼部表情組件的開口，用於限定相應無源段式電子紙顯示模組從玩偶外側可被觀察的形狀。
5.如權利要求1 4任一所述的玩偶，其包括了多個表情組件，且其中至少包括兩個眼部表情組件；多個表情組件之無源段式電子紙顯示模組通過柔性連接線電連接至同一驅動模組，所述驅動模組包括相應驅動晶片，所述驅動晶片通過I2C或SPI串行接口連接至控制模組之微處理器相應埠 .
6.如權利要求5所述的玩偶，其中驅動晶片採用C0B封裝。
7.如權利要求1 4、6任一所述無源段式電子紙顯示模組為無源段式電泳顯示模組， 其包括公共電極，與公共電壓連接；像素電極層，包括若干像素電極，所述像素電極分別與驅動模組連接；以及電泳顯示材料層，位於公共電極和像素電極層之間，其包括多個微腔，微腔中包括懸浮液以及至少一種帶電粒子。
8.如權利要求7所述的無源段式電泳顯示模組為柔性無源段式電泳顯示模組。
9.如權利要求8所述的柔性無源段式電泳顯示模組，其包括透明IT0薄膜公共電極，與公共電壓連接；FPC或薄膜開關像素電極層，包括若干像素電極，所述像素電極分別與驅動模組連接；以及電泳顯示材料層，位於公共電極和像素電極層之間，其包括多個微腔，微腔中包括懸浮液以及至少一種帶電粒子。
10.如權利要求1 4任一所述的玩偶，其中眼部表情組件的輪廓限定部件形狀為圓形或橢圓形。
專利摘要本實用新型是一種具有可變表情的玩偶。所述的玩偶具有模仿動物或人外形的殼體，以及模仿動物或人頭部的殼體頭部，所述的殼體頭部安裝有表情組件，表情組件包括有可以顯示多種圖案模擬人類或動物的表情的電子紙顯示模塊，和輪廓限定部件。本實用新型通過運用表情組件，使得玩偶以更高可可靠性和更佳的表現力獲得了表情表達功能，極大地提高了玩偶人機互動的樂趣。
文檔編號A63H3/36GK202342849SQ201120234009
公開日2012年7月25日 申請日期2011年6月22日 優先權日2011年3月23日
發明者李曉 申請人:李曉