一種眼睛模塊及其驅動方法

專利名稱：一種眼睛模塊及其驅動方法
技術領域：
本發明是有關于一種眼睛模塊及其驅動方法，且特別是有關于一種利用 電磁線圏及磁性組件產生作用力以驅動眼睛本體轉動的眼睛模塊及其驅動 方法。
背景技術：
科技發展日新月異，各式電子產品不斷推陳出新。機器人及機器寵物的
問世，為自動化科技與人工智能(Artificial Intelligence, AI)科技的一重要 里程碑。在機器人應用于工業界后，不僅人力成本及工作安全問題大幅減少， 更大幅增加工作效率。此外，機器寵物亦帶給人們生活上許多的樂趣。
在機器人或機器寵物中，眼睛模塊為情緒表現的一重要項目。 一種傳統 的眼睛模塊以數個齒輪組及連桿帶動眼睛模塊轉動。當齒輪轉動一刻度時， 即可驅動眼睛模塊朝一預定方向轉動一角度。
然而，齒輪組不僅結構相當地復雜，在設計與制造上均有相當大的困難 度。造成設計成本與制造成本居高不下的窘境，而不適合大量制造。
并且，齒輪組與連桿所組成的結構相當地龐大，根本無法適用于小型機 器人、機器寵物或各種小型電子產品中。
此外，傳統的眼睛模塊僅能依據齒輪組的設置位置，而按照預定方向轉 動，使得眼睛模塊轉動態樣相當地生硬。
因此，如何研發一種眼睛模塊，解決上述種種問題，實為研發的重要方 向之一。

發明內容
有鑒于此，本發明的目的就是提供一種眼睛模塊及其驅動方法，其利用 電磁線圈及磁性組件所產生的作用力以達到驅動眼睛本體的目的，使得眼睛 模塊及其驅動方法具有體積小且重量輕、可轉動至任意方向、設計、材料及
制造成本低、適合大量制造、精準控制以及生動的互動表現的優點。
根據本發明的一個目的，提出一種眼睛模塊。該眼睛模塊至少包括一眼 睛本體、數個電磁線圏及一磁性組件。此些電磁線圏設置于眼睛本體上。磁 性組件設置于此些電磁線圈的后方。其中，此些電磁線圈相對于磁性組件作 用，以帶動眼睛本體朝至少四方向轉動。
根據本發明另一目的，提出一種眼睛模塊的驅動方法，用以驅動一眼睛 模塊轉動。眼睛模塊包括一眼睛本體、數個電磁線圏及一磁性組件。此些電 磁線圍設置于眼睛本體上，磁性組件設置于此些電磁線圈的后方。驅動方法
至少包括以下的步驟首先，控制眼睛本體上的此些電磁線圏，以使電磁線 圈與磁性組件產生一作用力。接著，根據作用力驅動眼睛本體朝至少四個方 向轉動。
為讓本發明的上述目的、特征、和優點能更明顯易懂，下文特舉優選實 施例，并配合附圖，作詳細說明如下


圖1A示出依照本發明第 一 實施例的眼睛模塊的側視圖； 圖IB示出依照本發明第一實施例的眼睛模塊的俯視圖； 圖2示出圖1A及圖IB的電》茲線圈及》茲性組件的空間示意圖； 圖3示出依照本發明的眼睛模塊的驅動方法的流程圖； 圖4示出本發明第一實施例的眼睛模塊的方塊圖； 圖5A 圖5D示出圖1的眼睛模塊隨著對象轉動的動作圖； 圖6示出依照本發明第二實施例的眼睛模塊的側視圖； 圖7示出圖6的電^f茲線圈及》茲性組件的空間示意圖； 圖8示出圖7的第五電磁線圈、第六電磁線圈及第七電磁線圏與磁性組 件產生的作用力的示意圖9示出依照本發明第三實施例的眼睛模塊的側視圖；以及
圖IO示出圖9的電磁線圏及磁性組件的空間示意圖。
主要組件符號說明
100、 200、 300:眼睛模塊
110:眼睛本體
120:固定座
130:磁性組件
140:支撐線
151:第一電》茲線圏
152:第二電磁線圈
153:第三電磁線圏
154:第四電^茲線圈
160:檢測單元
170:控制單元
255:第五電石茲線圏
256:第六電磁線圈
257:第七電》茲線圈
350:電磁線圏
400:物件
L110:中心軸Tl:第一四邊形
T2:第二四邊形
Fll、 F12、 F13、 F14、 F25、 F26、 F27:作用力 F256、 F2567:合作用力 E:電流
P:移動位置信息
具體實施方式
第一實施例
請同時參照圖1A 圖1B及圖2，圖1A示出依照本發明第一實施例的 眼睛模塊100的側視圖(即X-Z平面示意圖)，圖1B示出依照本發明第一 實施例的眼睛模塊100的俯視圖(即X-Y平面示意圖)。圖2示出圖1A及 圖1B的電磁線圈151、 152、 153與154及磁性組件130的空間示意圖。眼 睛模塊100至少包括一眼睛本體110、數個電磁線圈151、 152、 153與154 及一^f茲性組件130。電^f茲線圈151、 152、 153與154設置于眼睛本體IIO上。 在本實施例中，電磁線圏包括一第一電磁線圏151、 一第二電磁線圏152、 一第三電磁線圏153及一第四電磁線圏154。磁性組件130設置于第一電磁
線圍151、第二電;茲線圏152、第三電磁線圏153及第四電^茲線圏154的后 方。磁性組件130例如是一永久磁鐵或一永久磁石。其中，在圖1A中，從 眼睛模塊100的左側可看見第一電磁線圏151、第二電磁線圈152及第三電 磁線圈153。在圖1B中，從眼晴模塊100的上方可看見第一電磁線圈151、 第三電》茲線圈153及第四電,茲線圈154。其中，第一電》茲線圏151、第二電 磁線圈152、第三電磁線圏153及第四電磁線圏154相對于磁性組件130作 用，以帶動眼睛本體110朝至少四方向轉動。
此外，眼睛本體110的結構不一定為半球形或球形，亦可以是矩形結構 或其它形狀的結構。任何形狀結構的眼睛本體皆可應用于本發明的設計。
如圖1A~圖1B及圖2所示，眼睛模塊100還包括一固定座120及四條 支撐線140。由圖1A 圖1B僅可觀察到其中兩條支撐線140，圖2可視察 四條支撐線140。 -茲性組件130耦接于固定座120上，并配置于眼睛本體110 及固定座120之間。四條支撐線140連接眼睛本體IIO及固定座120，用以 支撐眼睛本體110。
磁性組件130位于此些支撐線140之間。優選地，如圖1A所示，眼睛 本體IIO具有一中心軸LIIO，磁性組件130位于中心軸L110上，且磁性組 件130與第一電磁線圈151、第二電磁線圈152、第三電磁線圈153與第四 電磁線圈154的距離實質上相等。
由于眼睛本體IIO、第一電磁線圈151、第二電,茲線圈152、第三電》茲線 圈153及第四電磁線圏154的重量相當的輕，因此眼睛本體IIO可穩固地借 由支撐線140懸吊于固定座120的前方。并且在眼睛本體IIO的轉動過程中， 四個電》茲線圈151、 152、 153及154并不會造成任何負擔。
請再參照圖2。在本實施例中，第一電磁線圏151、第二電磁線圈152、 第三電磁線圈153及第四電磁線圈154分別配置于眼睛本體IIO上的四個端 點。此些端點分位于相對》茲性組件130的上方處、下方處、右方處及左方處。 借此，各個電磁線圈151、 152、 153或154與磁性組件130產生作用力時， 即可使眼睛本體IIO朝至少四方向轉動。至于本發明眼睛模塊的驅動方法為 何，以下以方塊圖及流程圖說明如下。
請參照圖3，其示出依照本發明的眼睛模塊100的驅動方法的流程圖。 眼睛模塊100的驅動方法至少包括以下的步驟。首先，控制眼睛本體110些 電磁線圈，以使電磁線圈與磁性組件130作用力。接著，根據此作用力驅動
眼晴本體110朝至少四個方向轉動。
請參照圖4，其示出本發明第一實施例的眼睛模塊100的方塊圖。眼睛 模塊100還包括一控制單元170及一檢測單元160。控制單元170連接于第 一電磁線圏151、第二電磁線圏152、第三電磁線圈153及第四電磁線圈154。 控制單元170用以分別控制此些電磁線圈的電流E。其中，控制單元170系 可單獨開啟其中的一個電磁線圏的電流E或同時開啟二個以上的電磁線圈 的電流E。控制單元170甚至可提供不同大小或不同方向的電流E,以改變 此些電磁線圈的磁力大小及磁力方向。
此外，眼睛模塊100還包括一檢測單元160,用以檢測一對象400的移 動位置。檢測單元160例如是一電子耦合組件(Charge-coupled device, CCD ) 或一 CMOS感光芯片 (Complementary Metal Oxide Semiconductor Optical Diode )。此對象400的移動位置信號P傳遞至控制單元170后，控制單元170 依據對象400的移動位置信號P控制第一電磁線圈151、第二電磁線圏152、 第三電磁線圈153或第四電石茲線圏154。使得眼睛本體110隨著對象400轉 動，以下搭配眼睛模塊100與對象400的動作圖舉例說明如下
請同時參照圖4及圖5A 圖5D,圖5A 圖5D示出圖1的眼睛模塊 100隨著對象400轉動的動作圖。如圖5A所示，此時對象400朝上移動。 此時檢測單元160檢測到對象400的移動位置改變，并傳遞移動位置信號P 至控制單元170。然后，控制單元170控制位于眼睛本體110上方處的第一 電磁線圈151的電流E，使得第一電磁線圏151與磁性組件130產生作用力 Fll。借由作用力Fll的吸引，而驅動眼睛本體110相對磁性組件130朝上 轉動，直到檢測單元160檢測到眼睛本體110正對著對象400為止。若眼睛 本體110尚未正對著對象400，則持續驅動眼睛本體110轉動。
此外，參照圖5A及圖2，四條支撐線140由固定座120的一第一四邊 形Tl的四個角落，連接至眼睛本體110的一第二四邊形T2的四個角落(眼 睛本體110及固定座120示出于圖5A中)。其中，第一四邊形T1小于第二 四邊形T2。也就是說，此些支撐線140以》欠射狀的方式由固定座120連接 至眼睛本體110。當眼睛本體110受到作用力Fll驅動時，四條支撐線140 以固定座120的端點為軸心擺動，并略微彎曲。整體而言，在四條支撐線140 擺動的同時，眼球本體110相對磁性組件130朝上平移并轉動。使得眼睛模 塊100呈現朝上觀看對象400的態樣。 接著，如圖5B 圖5D所示，當對象400朝下、朝左或朝右移動時。檢 測單元16(M企測到對象400的移動位置的改變，并傳遞移動位置信號P至控 制單元170。然后控制單元170控制第二電磁線圈152、第三電磁線圏153 或第四電磁線圈154的電流E,使得第二電磁線圈152、第三電磁線圈153 或第四電》茲線圈154分別產生作用力F12、 F13或F14。借由作用力F12、 F13 或F14的吸引，而驅動眼睛本體110相對/f茲性組件130朝下、朝左或朝右轉 動。
第二實施例
本實施例的眼睛模塊200與第 一 實施例的眼睛模塊100不同之處在于電 磁線圈的數量與配置位置，其余相同之處并不再贅述。請同時參照圖6及圖 7，圖6示出依照本發明第二實施例的眼睛模塊200的側視圖(即X-Z平面 示意圖)，圖7示出圖6的電磁線圈255、 256與257及磁性組件130的空間 示意圖。在本實施例中，三個電磁線圏分別配置于眼睛本體IIO上的三個端 點。電磁線圈包括一第五電磁線圈255、 一第六電磁線圏256及一第七電磁 線圈257。第五電f茲線圈255、第六電磁線圏256及第七電磁線圏257以一 正三角形T250配置于眼睛本體110上，且眼睛本體110的中心軸LllO穿越 正三角形T250的中心點C250。至于第五電/f茲線圏255、第六電^茲線圈256 及第七電磁線圏257與磁性組件130之間所產生的作用力如何驅動眼睛本體 IIO轉動，以下以作用力示意圖說明如下。
請同時參照圖6及圖8，圖8示出圖7的第五電磁線圈255、第六電磁 線圈256及第七電磁線圏257與磁性組件130產生的作用力的示意圖。控制 單元170可同時控制其中二個或三個電磁線圏，以相對磁性組件130產生兩 個或三個作用力。以圖8為例，控制單元170分別控制第五電磁線圈255、 第六電磁線圏256及第七電磁線圈257的電流大小。使得第五電磁圈255所 產生的作用力F25、第六電磁線圏256所產生的作用力F26及第七電磁線圈 257所產生的作用力F27皆不相同。作用力F25及作用力F26在三度空間上， 合成一合作用力F256。合作用力F256再與作用力F27合成一合作用力 F2567。合作用力F2567系可驅動眼睛本體IIO朝著合作用力F2567的方向 轉動。因此，只要借由調整各個電磁線圏的電流大小，即可據以驅動眼睛本 體IIO在三度空間上朝一特定方向轉動。
第三實施例
本實施例的眼晴模塊300與第一實施例的眼睛模塊100不同之處在于電 磁線圈的數量及排列方式，其余相同之處并不再贅述。請同時參照圖9及圖 10,圖9示出依照本發明第三實施例的眼睛模塊300的側視圖(即X-Z平面 示意圖)，圖IO示出圖9的電磁線圈350及磁性組件130的空間示意圖。在 本實施例中，數個電磁線圏350以矩陣式排列于眼睛本體IIO上。借由多個 電磁線圏350的設置，控制單元170可以直接控制各個電磁線圏350的電流 開關，來達到控制眼睛本體100朝各方向轉動的目的。
根據以上實施例，雖然此些支撐線140以放射狀的方式由固定座120連 接至眼睛本體110 (如圖1A所示)，然此些支撐線140亦可相互平行。只要 是通過支撐線140達到支撐眼睛本體IIO并可帶動眼睛本體IIO相對固定座 120上的》茲性組件130轉動的目的，均不脫離本發明的技術范圍。
本發明上述實施例所公開的眼睛模塊及其驅動方法是利用電磁線圈及 磁性組件所產生的作用力以達到驅動眼睛本體的目的，使得眼睛模塊及其驅 動方法具有下列優點
第一、體積小且重量輕本發明的電磁線圈、眼睛本體及磁性組件的體 積均非常的小且重量輕。不需要以龐大的機構即可達到本發明的目的，使得 本發明的眼睛模塊相當適合組裝于小型電子產品中。
第二、可轉動至任意方向通過電磁線圈與磁性組件所產生的合作用力， 即可驅動眼睛本體朝任意方向轉動，完全不受限于齒輪組的設置位置。
第三、設計、材料及制造成本低本發明的眼睛模塊的結構簡易，不需 經過復雜的結構設計即可達到本發明的目的。并且眼睛模塊所釆用的電磁線 圏及磁性組件的價格低廉，且不需要繁雜的組裝程序即可完成制造。使得本 發明的眼睛模塊不論在設計、材料及制造成本上均具有極大的優勢。
第四、適合大量制造如上所述，本發明的眼睛模塊具有成本上的優勢 且能夠應用于各式電子產品中，相當適合大量制造。
第五、精準控制本發明的控制單元只需通過合作用力的運算，即可通 過控制各個電磁線圏的電流大小，來達到精準控制眼睛本體轉動方向的目 的。
第六、生動的互動表現本發明更通過檢測單元擷取對象的移動位置信 息，使得眼睛本體可隨著對象轉動，而呈現出生動活潑的轉動態樣。
綜上所述，雖然本發明已以優選實施例/〉開如上，然其并非用以限定本
發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范 圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護范圍當視權利要求書 所界定者為準。
權利要求
1.一種眼睛模塊，至少包括一眼睛本體；多個電磁線圈，設置于該眼睛本體上；以及一磁性組件，設置于該些電磁線圈的后方；其中，該些電磁線圈相對于該磁性組件作用，以帶動該眼睛本體朝至少四方向轉動。
2. 根據權利要求1所述的眼睛模塊，還包括一固定座，該^磁性組件耦接于該固定座，且該〃磁性組件配置于該眼睛本 體及該固定座之間；以及四支撐線，連接該眼睛本體及該固定座，用以支撐該眼睛本體，該磁性 組件位于該些支撐線之間；其中，該眼睛本體借由該些支撐線相對該磁性組件轉動。
3. 根據權利要求2所述的眼睛模塊，其中該些支撐線相互平行。
4. 根據權利要求2所述的眼睛模塊，其中該些支撐線由該固定座的一第 一四邊形的四個角落，連接至該眼睛本體的一第二四邊形的四個角落，該第 一四邊形小于該第二四邊形。
5. 根據權利要求1所述的眼睛模塊，其中該些電磁線圈包括 三個電磁線圏，分別配置于該眼睛本體上的三個端點。
6. 根據權利要求1所述的眼睛模塊，其中該些電磁線圏包括 四個電磁線圏，分別配置于該眼睛本體上的四個端點。
7. 根據權利要求6所述的眼睛模塊，其中該些端點分別相對位于該磁性 組件的上方處、下方處、右方處及左方處。
8. 根據權利要求1所述的眼睛模塊，其中該些電磁線圈矩陣式排列于該 眼睛本體上。
9. 根據權利要求1所述的眼睛模塊，其中該眼睛本體具有一中心軸，該 磁性組件位于該中心軸上，且該些電磁線圈與該磁性組件的距離實質上相 等。
10. 根據權利要求1所述的眼睛模塊，還包括一控制單元，電性連接至該些電磁線圏，該控制單元分別控制該些電磁線圈的電流，以改變該些電磁線圈的磁力開關、磁力大小或磁力方向。
11. 根據權利要求IO所述的眼睛模塊，還包括 一檢測單元，用以檢測一對象的移動位置；其中，該控制單元根據該對象的移動位置控制該些電磁線圏。
12. 根據權利要求1所述的眼睛模塊，其中該磁性組件為一永久磁鐵或一 永久磁石。
13. —種眼睛模塊的驅動方法，用以驅動一眼睛模塊轉動，該眼睛模塊包 括一眼睛本體、多個電磁線圏及一磁性組件，該些電磁線圏設置于該眼睛本 體上，該磁性組件設置于該些電磁線圈的后方，該驅動方法包括控制該眼睛本體上的該些電磁線圈，以使該電磁線圏與該磁性組件產生 一作用力；以及根據該作用力驅動該眼睛本體朝至少四個方向轉動。
14. 根據權利要求13所述的眼睛模塊的驅動方法，其中該眼睛模塊還包 括四支撐線及一固定座，該四支撐線連接該眼睛本體及該固定座，該磁性組 件耦接于該固定座，在該驅動該眼睛本體轉動的步驟中還包括以該些支撐線支撐該眼睛本體，以使該眼睛本體相對該磁性組件轉動。
15. 根據權利要求13所述的眼睛模塊的驅動方法，其中控制該些電磁線 圈的該步驟還包括控制該眼睛本體上的一第一電磁線圏，使該電磁線圏與該磁性組件產生 該作用力，以驅動該眼睛本體相對該磁性組件朝上轉動；控制該眼睛本體上的一第二電磁線圏，使該電磁線圈與該磁性組件產生 該作用力，以驅動該眼睛本體相對該磁性組件朝下轉動；控制該眼睛本體上的一第三電磁線圈，使該電磁線圏與該磁性組件產生 該作用力，以驅動該眼晴本體相對該,茲性組件朝左轉動；以及控制該眼睛本體上的一第四電磁線圏，使該電磁線圈與該磁性組件產生 該作用力，以驅動該眼睛本體相對該磁性組件朝右轉動。
16. 根據權利要求13所述的眼睛模塊的驅動方法，其中該眼睛本體具有 一中心軸，該磁性組件位于該中心軸上，該些電磁線圏與該磁性組件的距離 實質上相等。
17. 根據權利要求13所述的眼睛模塊的驅動方法，其中控制該些電磁線 圏的該步驟還包括控制該些電磁線圏的電流，以改變該些電磁線圏的磁力開關、磁力大小磁力方向。
18.根據權利要求17所述的眼睛模塊的驅動方法，其中控制該些電磁線 圈的該步驟還包括檢測一對象的移動位置；以及 依據該對象的移動位置控制該些電磁線圈。
全文摘要
一種眼睛模塊及其驅動方法。眼睛模塊至少包括一眼睛本體、數個電磁線圈及一磁性組件。此些電磁線圈設置于眼睛本體上。磁性組件設置于此些電磁線圈的后方。其中，此些電磁線圈相對于磁性組件作用，以帶動眼睛本體朝至少四方向轉動。
文檔編號A63H3/40GK101199904SQ20061016699
公開日2008年6月18日 申請日期2006年12月13日 優先權日2006年12月13日
發明者張寶宜, 林俊男, 威 王, 麟 蕭 申請人:明基電通股份有限公司