專利名稱：具有可變表情的玩偶和方法
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，讓人機交互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，從古代用于表演玩賞的木偶，到現代利用各種電子信息技術手段實現的智能玩偶，人機交互的方式發生了巨大的變化，但其共同的特征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征，尤其是五官之一的眼睛和嘴部特征，且通常加以藝術化、卡通化的夸張手法來實現。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，然后做出發聲、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于表達表情，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，且結構復雜，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。這種方法結構較復雜，因而可靠性低。又如中國專利CN200710003446. X中公布的電子玩偶，采用電機驅動的方法實現嘴部的張合，同樣存在結構復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征，包括模仿人類或寵物 (或一切動物)的外形、語音甚或動作，但受制于技術、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
本發明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。為實現以上目的，本發明第一方面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，安裝于殼體頭部，包含可顯示多種圖案用以模仿人或動物表情的電子紙顯示模組；至少一個表情組件，安裝于殼體頭部，包含可顯示多種圖案用以模仿人或動物表情的電子紙顯示模組；驅動模組，與所述電子紙顯示模組電連接，用于驅動電子紙顯示模組顯示圖案。優選地，其中所述的電子紙顯示模組是電泳顯示模組。例如美國E INK公司、或 Sipix公司提供的電泳顯示模組(屏)(Electrophoretic Display)。電子紙顯示模組，特別是電泳顯示模組具有一些眾所周知的優點，例如其靠反射外界光進行顯示帶來的省電優勢，以及雙穩態特性帶來的掉電后圖像保持優勢，輕薄的優勢等；進一步的優化中，所述的電泳顯示模組是柔性或非柔性的無源段式(segmented drive或稱direct drive)電泳顯示模組。有別于應用在電子書等高分辨率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/厚膜技術來直接制作像素電極背板，用以顯示簡單的預設圖案，但可大幅降低制作成本。其中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，位于公共電極和像素電極層之間，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。為了實現柔性的無源段式電泳顯示模組，上述的公共電極使用透明柔性導電材料制作，例如透明的ITO導電薄膜；上述的像素電極層使用厚膜技術制作在柔性的基材上，柔性基材一般為PET薄膜等。依據五官的劃分，所述的表情組件又可以劃分眼部表情組件、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。盡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。由于相隔較近，眉部表情組件和眼部表情組件使用同一個電子紙顯示模組，通過不完全相同的像素電極來區分。人類和動物的五官中眼部、眉部以及耳部都具有對稱性，因此上述的眼部表情組件成對安裝于玩偶頭部，并成左右對稱分布，其中成對的眼部表情組件的像素電極具有左右對稱關系；和/或眉部表情組件成對安裝于玩偶頭部，并成左右對稱分布，其中成對的眉部表情組件的像素電極具有左右對稱關系；和/或耳部表情組件成對安裝于玩偶頭部，并成左右對稱分布，其中成對的耳部表情組件的像素電極具有左右對稱關系。各表情組件所包括的電子紙顯示模組具有如下的形狀的輪廓和/或表情像素電極，其中眼部表情組件具有圓、圓環、橢圓或橢圓環的輪廓像素電極，所述輪廓像素電極內部還至少具有以下形狀的表情像素電極之一上彎圓弧、下彎圓弧、圓點、橢圓點、上折線、 下折線；嘴部表情組件至少具有下列形狀的電極之一上彎圓弧、下彎圓弧、上彎折線、下彎折線、鋸齒線；眉部表情組件至少具有下列形狀的電極之一上彎圓弧、下彎圓弧、上彎折線、下彎折線；鼻部表情組件至少具有下列形狀的電極之一圓點，橢圓點。以上所列只是各種用于表示表情的圖形中的一些常見，公眾完全還可以使用各種其他可用于模仿人或動物表情的圖形。本發明第二方面提供一種使玩偶具有可變表情的方法，所述的玩偶包括殼體，所述殼體具有模仿人或動物的外形；頭部，是所述殼體的一部分，具有模仿人或動物頭部的外形；
通過在所述玩偶頭部安裝至少一個包含電子紙顯示模組的表情組件，以及與所述電子紙顯示模組電連接的驅動模組，使得所述電子紙顯示模組可顯示多種圖案用以模仿人或動物表情。此處所述的表情組件與上述本發明第一方面所述的表情組件一致。上述的方法，其中還包括通過變化安裝在玩偶頭部的不同表情組件的電子紙顯示模組所顯示的圖案來組合出多種表情。其中具體包括多種形狀的輪廓和/或表情像素電極顯示圖案的組合方式眼部表情組件的上彎圓弧或上彎折線和嘴部表情組件的下彎圓弧或下彎折線的組合；眼部表情組件的下彎圓弧或下彎折線和嘴部表情組件的上彎圓弧或上彎折線的組合；眉部表情組件下彎圓弧或下彎折線與嘴部表情組件鋸齒線的組合。和所有智能玩偶一樣，以上所述的玩偶，其中還包括控制單元，設于所述殼體內， 用于對輸入信號進行處理，并控制玩偶發出聲、和/或光、和/或電、和/或機械的輸出。依據以上所述，本發明的優點在于1)和傳統的不具有可變表情的玩偶相比，本發明使得玩偶具有了可以模仿人或動物且可以變化的表情特征，可收到立竿見影的效果， 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，本發明使用的電子紙顯示模組，特別是無源段式電泳顯示模組構成的表情組件在成本方面有優勢，由于沒有了機械部件，因此可靠性得到提高，可耐摔打和跌落，特別是使用了柔性無源段式電泳顯示模組的玩偶，還可以耐彎曲，省電，且具有掉電后圖像保持的特點等，非常適應于玩偶的使用場合。下面將結合若干較佳實施例進一步闡述本發明的精神和細節，以便增強對本發明的理解。為了突出本發明技術特征，對一些公知技術的細節進行了省略；或者雖然公布了一些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發明的理解而非限定本發明。
圖1 本發明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3 無源段式電泳顯示模組121的剖面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系圖5 具有可變表情的玩偶100的內部電連接關系6 控制器內部電路連接關系7A、圖7B 具有可變表情的玩偶100的兩種表情組合的示意8A、圖8B 分別是圖7A和圖7B除去編號和指示線的效果9 電子紙顯示模組221的第二種安裝方式圖10 電子紙顯示模組321的第三種安裝方式具體實施例如圖1所示的是本發明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上的用于安裝眼部表情組件的開口和透明保護層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，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，用于模仿嘴部表情。—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，例如從外而內， 第一層是毛絨的外罩，第二層是內膽，如棉花填充物。相應地，表情組件安裝于殼體上，包括了多種方式實心殼體，安裝在殼體的外側；空心殼體，安裝于殼體外側或內側；分層結構， 安裝在第一層外側或內側，亦可以安裝于第二層的外側，對于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開口或透明窗口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。以上細節的具體選擇不影響本發明的實質。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開口和透明保護層 112后面安裝了電子紙顯示模組121，這樣電子紙顯示模組121上的顯示表情圖案就可以被觀察者從玩偶殼體外部看到，同時又起到保護電子紙顯示模組121的作用。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。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。無源段式電泳顯示模組的無源是相對于有源而言，即沒有有源器件，例如薄膜晶體管(TFT)，作為驅動開關來選通不同的像素，而是采用簡單的導電電極，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等；其中段式是指像素電極是非矩陣式排列的(矩陣式像素電極可以實現行列掃描來選通不同的像素點，例如 TFT-LCD的TFT陣列，或者無源矩陣式的LCD屏幕)，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，常見的例如無源段式STN IXD，可以顯示預設的圖案，例如七段碼等， 以及本發明使用的無源段式電泳顯示模組。電子紙顯示模組121的上層(觀察者一側)為透明的ITO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，可采用厚膜電路技術制作像素電極層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公司的微腔不采用微膠囊，而采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。關于多種電泳顯示材料層的描述也可以參見中國專利CN2010201093^.9的相關描述。柔性電泳顯示屏的制作，具體地，柔性無源段式電泳顯示屏的制作可具體參考中國專利CN200310123446. 5和 CN200320130781. 3中的相關描述。關于粒子和懸濁液顏色的進一步優化在于，至少粒子的一種或懸濁液的顏色和電子紙顯示模組周圍的殼體顏色相同或相近。像素電極層121C包含了若干像素電極，包括輪廓像素電極121C1、121C2，表情像素電極121C3和121C4。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余部分，為簡便起見，只以其外圍輪廓來相稱)，它們都可以用于表示眼部的輪廓；表情像素電極121C3為上彎的圓弧，用于表示“高興”的眼部表情，表情像素電極121C4為下彎的圓弧，用于表示“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中用虛線表示之。圖5表示了玩偶100內部電路連接關系圖。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電子紙驅動芯片。驅動模組151電連接控制器152，從而控制器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，控制器152包括至少單片機芯片1520，例如Atmel公司的ATMEGA88單片機；控制器152還包括用于接受用戶輸入的按鍵開關1524、電容觸摸按鍵1523等；控制器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。圖7A和圖7B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7A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，于此對稱地，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)123和133，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141，由此構成了玩偶100的“高興” 的表情。圖7B與圖7A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， 于此對稱地，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)123和133，以及下彎弧線 (眼部表情)1 和134 ；而嘴部表情組件140顯示的表情圖案為上彎弧線142，由此構成了玩偶100的“不高興”的表情。圖8A和圖8B分別是圖7A和圖7B除去編號和指示線的效果圖。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，在本發明精神下的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發明的保護范圍內。以上所述的各表情組件可以采用多種方式安裝在所述玩偶的頭部其一，在玩偶頭部至少具有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征的輪廓，所述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，并可被使用者從殼體外側觀察。這種方式結構簡單。其二，對于使用柔性無源段式電泳顯示模組的表情組件，其中玩偶的頭部至少具有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類或動物五官之一的輪廓特征的輪廓，其中所述的電子紙顯示模組貼合在另一基材上，所述基材具有大于電子紙顯示模組的邊緣，所述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，所述基材邊緣用于將電子紙顯示模組從殼體內側將其固定在殼體上，并使得電子紙顯示模組和殼體的外側表面大致平坦。其三，所述的表情組件還包括五官殼體，所述五官殼體大致具有與人或動物任一五官的外形，殼體內包含了電子紙顯示模組，殼體上有物理連接裝置，玩偶殼體上亦有物理連接裝置，所述物理連接裝置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采用有一定厚度的圓盤結構來模仿眼睛的外形。在圖2所示的表情組件安裝方式之外，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，因此必須使用柔性的無源電泳顯示模組來制作。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，用于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，或者縫接；當殼體使用塑料或塑膠等具有一定剛性的材料時，可以使用粘固或者螺絲固定等。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于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于幫助公眾理解而非限定本發明，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發明的范圍。
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，安裝于殼體頭部，包含可顯示多種圖案用以模仿人或動物表情的電子紙顯示模組；驅動模組，與所述電子紙顯示模組電連接，用于驅動電子紙顯示模組顯示圖案。
2.如權利要求1所述的玩偶，其中所述的電子紙顯示模組是電泳顯示模組。
3.如權利要求2所述的玩偶，其中所述的電泳顯示模組是柔性或非柔性的無源段式電泳顯示模組。
4.如權利要求3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，位于公共電極和像素電極層之間，包括多個微腔，微腔中包括懸浮液以及至少一種帶電粒子。
5.如權利要求4所述的玩偶，其中所述的公共電極使用透明柔性導電材料制作，其中所述的像素電極層使用厚膜技術制作。
6.如權利要求1 5任一所述的玩偶，其中所述的表情組件，依據五官特征可分為眼部表情組件、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。
7.如權利要求6所述的玩偶，各表情組件所包括的電子紙顯示模組具有如下形狀的輪廓和/或表情像素電極，其中眼部表情組件具有圓、圓環、橢圓或橢圓環的輪廓像素電極，所述輪廓像素電極內部還至少具有以下形狀的表情像素電極之一上彎圓弧、下彎圓弧、圓點、橢圓點、上折線、下折線；嘴部表情組件至少具有下列形狀的電極之一上彎圓弧、下彎圓弧、上彎折線、下彎折線、鋸齒線；眉部表情組件至少具有下列形狀的電極之一上彎圓弧、下彎圓弧、上彎折線、下彎折線；鼻部表情組件至少具有下列形狀的電極之一圓點，橢圓點。
8.一種使玩偶具有可變表情的方法，所述的玩偶包括 殼體，所述殼體具有模仿人或動物的外形；頭部，是所述殼體的一部分，具有模仿人或動物頭部的外形；通過在所述玩偶頭部安裝至少一個包含電子紙顯示模組的表情組件，以及與所述電子紙顯示模組電連接的驅動模組，使得所述電子紙顯示模組可顯示多種圖案用以模仿人或動物表情。
9.如權利要求8所述的方法，其中所述的電子紙顯示模組是柔性或非柔性的無源段式電泳顯示模組。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述的表情組件，依據五官特征可分為眼部表情組件、嘴部表情組件、眉部表情組件、鼻部表情組件、耳部表情組件，各組件之電子紙顯示模組可顯示多種圖案依次模仿眼部表情、嘴部表情、眉部表情、鼻部表情、耳部表情。
11.如權利要求10所述的方法，其中還包括通過變化安裝在玩偶頭部的不同表情組件的電子紙顯示模組所顯示的圖案來組合出多種表情。
12.如權利要求10 11任一所述的方法，其中各表情組件所包括的電子紙顯示模組具有如下形狀的輪廓和/或表情像素電極，其中眼部表情組件具有圓、圓環、橢圓或橢圓環的輪廓像素電極，所述輪廓像素電極內部還至少具有以下形狀的表情像素電極之一上彎圓弧、下彎圓弧、圓點、橢圓點、上折線、下折線.一入 ，嘴部表情組件至少具有下列形狀的電極之一上彎圓弧、下彎圓弧、上彎折線、下彎折線、鋸齒線；眉部表情組件至少具有下列形狀的電極之一上彎圓弧、下彎圓弧、上彎折線、下彎折線。
13.如權利要求12所述的方法，其中包括多種形狀的輪廓和/或表情像素電極顯示圖案的組合方式眼部表情組件的上彎圓弧或上彎折線和嘴部表情組件的下彎圓弧或下彎折線的組合；眼部表情組件的下彎圓弧或下彎折線和嘴部表情組件的上彎圓弧或上彎折線的組合；眉部表情組件下彎圓弧或下彎折線與嘴部表情組件鋸齒線的組合。
全文摘要
本發明是一種具有可變表情的玩偶和相應之方法。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，表情組件包括有電子紙顯示模塊可以顯示多種圖案，所述圖案可以模擬人類或動物的表情；進一步，通過不同表情組件之間表情圖案的組合可以創造出豐富多樣的玩偶表情。本發明通過運用電子紙顯示模塊，使得玩偶以一種可以接受的成本獲得了表情表達功能，極大地提高了人機交互的樂趣。
文檔編號A63H3/36GK102160934SQ20111006826
公開日2011年8月24日 申請日期2011年3月21日 優先權日2011年3月21日
發明者李曉 申請人:李曉