一种眼睛模块及其驱动方法

专利名称：一种眼睛模块及其驱动方法
技术领域：
本发明是有关于一种眼睛模块及其驱动方法，且特别是有关于一种利用 电磁线圏及磁性组件产生作用力以驱动眼睛本体转动的眼睛模块及其驱动 方法。
背景技术：
科技发展日新月异，各式电子产品不断推陈出新。机器人及机器宠物的
问世，为自动化科技与人工智能(Artificial Intelligence, AI)科技的一重要 里程碑。在机器人应用于工业界后，不仅人力成本及工作安全问题大幅减少， 更大幅增加工作效率。此外，机器宠物亦带给人们生活上许多的乐趣。
在机器人或机器宠物中，眼睛模块为情绪表现的一重要项目。 一种传统 的眼睛模块以数个齿轮组及连杆带动眼睛模块转动。当齿轮转动一刻度时， 即可驱动眼睛模块朝一预定方向转动一角度。
然而，齿轮组不仅结构相当地复杂，在设计与制造上均有相当大的困难 度。造成设计成本与制造成本居高不下的窘境，而不适合大量制造。
并且，齿轮组与连杆所组成的结构相当地庞大，根本无法适用于小型机 器人、机器宠物或各种小型电子产品中。
此外，传统的眼睛模块仅能依据齿轮组的设置位置，而按照预定方向转 动，使得眼睛模块转动态样相当地生硬。
因此，如何研发一种眼睛模块，解决上述种种问题，实为研发的重要方 向之一。

发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是提供一种眼睛模块及其驱动方法，其利用 电磁线圈及磁性组件所产生的作用力以达到驱动眼睛本体的目的，使得眼睛 模块及其驱动方法具有体积小且重量轻、可转动至任意方向、设计、材料及
制造成本低、适合大量制造、精准控制以及生动的互动表现的优点。
根据本发明的一个目的，提出一种眼睛模块。该眼睛模块至少包括一眼 睛本体、数个电磁线圏及一磁性组件。此些电磁线圏设置于眼睛本体上。磁 性组件设置于此些电磁线圈的后方。其中，此些电磁线圈相对于磁性组件作 用，以带动眼睛本体朝至少四方向转动。
根据本发明另一目的，提出一种眼睛模块的驱动方法，用以驱动一眼睛 模块转动。眼睛模块包括一眼睛本体、数个电磁线圏及一磁性组件。此些电 磁线围设置于眼睛本体上，磁性组件设置于此些电磁线圈的后方。驱动方法
至少包括以下的步骤首先，控制眼睛本体上的此些电磁线圏，以使电磁线 圈与磁性组件产生一作用力。接着，根据作用力驱动眼睛本体朝至少四个方 向转动。
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举优选实 施例，并配合附图，作详细说明如下


图1A示出依照本发明第 一 实施例的眼睛模块的侧视图； 图IB示出依照本发明第一实施例的眼睛模块的俯视图； 图2示出图1A及图IB的电》兹线圈及》兹性组件的空间示意图； 图3示出依照本发明的眼睛模块的驱动方法的流程图； 图4示出本发明第一实施例的眼睛模块的方块图； 图5A 图5D示出图1的眼睛模块随着对象转动的动作图； 图6示出依照本发明第二实施例的眼睛模块的侧视图； 图7示出图6的电^f兹线圈及》兹性组件的空间示意图； 图8示出图7的第五电磁线圈、第六电磁线圈及第七电磁线圏与磁性组 件产生的作用力的示意图9示出依照本发明第三实施例的眼睛模块的侧视图；以及
图IO示出图9的电磁线圏及磁性组件的空间示意图。
主要组件符号说明
100、 200、 300:眼睛模块
110:眼睛本体
120:固定座
130:磁性組件
140:支撑线
151:第一电》兹线圏
152:第二电磁线圈
153:第三电磁线圏
154:第四电^兹线圈
160:检测单元
170:控制单元
255:第五电石兹线圏
256:第六电磁线圈
257:第七电》兹线圈
350:电磁线圏
400:物件
L110:中心轴Tl:第一四边形
T2:第二四边形
Fll、 F12、 F13、 F14、 F25、 F26、 F27:作用力 F256、 F2567:合作用力 E:电流
P:移动位置信息
具体实施方式
第一实施例
请同时参照图1A 图1B及图2，图1A示出依照本发明第一实施例的 眼睛模块100的侧视图(即X-Z平面示意图)，图1B示出依照本发明第一 实施例的眼睛模块100的俯视图(即X-Y平面示意图)。图2示出图1A及 图1B的电磁线圈151、 152、 153与154及磁性组件130的空间示意图。眼 睛模块100至少包括一眼睛本体110、数个电磁线圈151、 152、 153与154 及一^f兹性组件130。电^f兹线圈151、 152、 153与154设置于眼睛本体IIO上。 在本实施例中，电磁线圏包括一第一电磁线圏151、 一第二电磁线圏152、 一第三电磁线圏153及一第四电磁线圏154。磁性组件130设置于第一电磁
线围151、第二电;兹线圏152、第三电磁线圏153及第四电^兹线圏154的后 方。磁性组件130例如是一永久磁铁或一永久磁石。其中，在图1A中，从 眼睛模块100的左侧可看见第一电磁线圏151、第二电磁线圈152及第三电 磁线圈153。在图1B中，从眼晴模块100的上方可看见第一电磁线圈151、 第三电》兹线圈153及第四电,兹线圈154。其中，第一电》兹线圏151、第二电 磁线圈152、第三电磁线圏153及第四电磁线圏154相对于磁性组件130作 用，以带动眼睛本体110朝至少四方向转动。
此外，眼睛本体110的结构不一定为半球形或球形，亦可以是矩形结构 或其它形状的结构。任何形状结构的眼睛本体皆可应用于本发明的设计。
如图1A~图1B及图2所示，眼睛模块100还包括一固定座120及四条 支撑线140。由图1A 图1B仅可观察到其中两条支撑线140，图2可视察 四条支撑线140。 -兹性组件130耦接于固定座120上，并配置于眼睛本体110 及固定座120之间。四条支撑线140连接眼睛本体IIO及固定座120，用以 支撑眼睛本体110。
磁性组件130位于此些支撑线140之间。优选地，如图1A所示，眼睛 本体IIO具有一中心轴LIIO，磁性组件130位于中心轴L110上，且磁性组 件130与第一电磁线圈151、第二电磁线圈152、第三电磁线圈153与第四 电磁线圈154的距离实质上相等。
由于眼睛本体IIO、第一电磁线圈151、第二电,兹线圈152、第三电》兹线 圈153及第四电磁线圏154的重量相当的轻，因此眼睛本体IIO可稳固地借 由支撑线140悬吊于固定座120的前方。并且在眼睛本体IIO的转动过程中， 四个电》兹线圈151、 152、 153及154并不会造成任何负担。
请再参照图2。在本实施例中，第一电磁线圏151、第二电磁线圈152、 第三电磁线圈153及第四电磁线圈154分别配置于眼睛本体IIO上的四个端 点。此些端点分位于相对》兹性组件130的上方处、下方处、右方处及左方处。 借此，各个电磁线圈151、 152、 153或154与磁性组件130产生作用力时， 即可使眼睛本体IIO朝至少四方向转动。至于本发明眼睛模块的驱动方法为 何，以下以方块图及流程图说明如下。
请参照图3，其示出依照本发明的眼睛模块100的驱动方法的流程图。 眼睛模块100的驱动方法至少包括以下的步骤。首先，控制眼睛本体110些 电磁线圈，以使电磁线圈与磁性组件130作用力。接着，根据此作用力驱动
眼晴本体110朝至少四个方向转动。
请参照图4，其示出本发明第一实施例的眼睛模块100的方块图。眼睛 模块100还包括一控制单元170及一检测单元160。控制单元170连接于第 一电磁线圏151、第二电磁线圏152、第三电磁线圈153及第四电磁线圈154。 控制单元170用以分别控制此些电磁线圈的电流E。其中，控制单元170系 可单独开启其中的一个电磁线圏的电流E或同时开启二个以上的电磁线圈 的电流E。控制单元170甚至可提供不同大小或不同方向的电流E,以改变 此些电磁线圈的磁力大小及磁力方向。
此外，眼睛模块100还包括一检测单元160,用以检测一对象400的移 动位置。检测单元160例如是一电子耦合组件(Charge-coupled device, CCD ) 或一 CMOS感光芯片 (Complementary Metal Oxide Semiconductor Optical Diode )。此对象400的移动位置信号P传递至控制单元170后，控制单元170 依据对象400的移动位置信号P控制第一电磁线圈151、第二电磁线圏152、 第三电磁线圈153或第四电石兹线圏154。使得眼睛本体110随着对象400转 动，以下搭配眼睛模块100与对象400的动作图举例说明如下
请同时参照图4及图5A 图5D,图5A 图5D示出图1的眼睛模块 100随着对象400转动的动作图。如图5A所示，此时对象400朝上移动。 此时检测单元160检测到对象400的移动位置改变，并传递移动位置信号P 至控制单元170。然后，控制单元170控制位于眼睛本体110上方处的第一 电磁线圈151的电流E，使得第一电磁线圏151与磁性组件130产生作用力 Fll。借由作用力Fll的吸引，而驱动眼睛本体110相对磁性组件130朝上 转动，直到检测单元160检测到眼睛本体110正对着对象400为止。若眼睛 本体110尚未正对着对象400，则持续驱动眼睛本体110转动。
此外，参照图5A及图2，四条支撑线140由固定座120的一第一四边 形Tl的四个角落，连接至眼睛本体110的一第二四边形T2的四个角落(眼 睛本体110及固定座120示出于图5A中)。其中，第一四边形T1小于第二 四边形T2。也就是说，此些支撑线140以》欠射状的方式由固定座120连接 至眼睛本体110。当眼睛本体110受到作用力Fll驱动时，四条支撑线140 以固定座120的端点为轴心摆动，并略微弯曲。整体而言，在四条支撑线140 摆动的同时，眼球本体110相对磁性组件130朝上平移并转动。使得眼睛模 块100呈现朝上观看对象400的态样。 接着，如图5B 图5D所示，当对象400朝下、朝左或朝右移动时。检 测单元16(M企测到对象400的移动位置的改变，并传递移动位置信号P至控 制单元170。然后控制单元170控制第二电磁线圈152、第三电磁线圏153 或第四电磁线圈154的电流E,使得第二电磁线圈152、第三电磁线圈153 或第四电》兹线圈154分别产生作用力F12、 F13或F14。借由作用力F12、 F13 或F14的吸引，而驱动眼睛本体110相对/f兹性组件130朝下、朝左或朝右转 动。
第二实施例
本实施例的眼睛模块200与第 一 实施例的眼睛模块100不同之处在于电 磁线圈的数量与配置位置，其余相同之处并不再赘述。请同时参照图6及图 7，图6示出依照本发明第二实施例的眼睛模块200的侧视图(即X-Z平面 示意图)，图7示出图6的电磁线圈255、 256与257及磁性组件130的空间 示意图。在本实施例中，三个电磁线圏分别配置于眼睛本体IIO上的三个端 点。电磁线圈包括一第五电磁线圈255、 一第六电磁线圏256及一第七电磁 线圈257。第五电f兹线圈255、第六电磁线圏256及第七电磁线圏257以一 正三角形T250配置于眼睛本体110上，且眼睛本体110的中心轴LllO穿越 正三角形T250的中心点C250。至于第五电/f兹线圏255、第六电^兹线圈256 及第七电磁线圏257与磁性组件130之间所产生的作用力如何驱动眼睛本体 IIO转动，以下以作用力示意图说明如下。
请同时参照图6及图8，图8示出图7的第五电磁线圈255、第六电磁 线圈256及第七电磁线圏257与磁性组件130产生的作用力的示意图。控制 单元170可同时控制其中二个或三个电磁线圏，以相对磁性组件130产生两 个或三个作用力。以图8为例，控制单元170分别控制第五电磁线圈255、 第六电磁线圏256及第七电磁线圈257的电流大小。使得第五电磁圈255所 产生的作用力F25、第六电磁线圏256所产生的作用力F26及第七电磁线圈 257所产生的作用力F27皆不相同。作用力F25及作用力F26在三度空间上， 合成一合作用力F256。合作用力F256再与作用力F27合成一合作用力 F2567。合作用力F2567系可驱动眼睛本体IIO朝着合作用力F2567的方向 转动。因此，只要借由调整各个电磁线圏的电流大小，即可据以驱动眼睛本 体IIO在三度空间上朝一特定方向转动。
第三实施例
本实施例的眼晴模块300与第一实施例的眼睛模块100不同之处在于电 磁线圈的数量及排列方式，其余相同之处并不再赘述。请同时参照图9及图 10,图9示出依照本发明第三实施例的眼睛模块300的侧视图(即X-Z平面 示意图)，图IO示出图9的电磁线圈350及磁性组件130的空间示意图。在 本实施例中，数个电磁线圏350以矩阵式排列于眼睛本体IIO上。借由多个 电磁线圏350的设置，控制单元170可以直接控制各个电磁线圏350的电流 开关，来达到控制眼睛本体100朝各方向转动的目的。
根据以上实施例，虽然此些支撑线140以放射状的方式由固定座120连 接至眼睛本体110 (如图1A所示)，然此些支撑线140亦可相互平行。只要 是通过支撑线140达到支撑眼睛本体IIO并可带动眼睛本体IIO相对固定座 120上的》兹性组件130转动的目的，均不脱离本发明的技术范围。
本发明上述实施例所公开的眼睛模块及其驱动方法是利用电磁线圈及 磁性组件所产生的作用力以达到驱动眼睛本体的目的，使得眼睛模块及其驱 动方法具有下列优点
第一、体积小且重量轻本发明的电磁线圈、眼睛本体及磁性组件的体 积均非常的小且重量轻。不需要以庞大的机构即可达到本发明的目的，使得 本发明的眼睛模块相当适合组装于小型电子产品中。
第二、可转动至任意方向通过电磁线圈与磁性组件所产生的合作用力， 即可驱动眼睛本体朝任意方向转动，完全不受限于齿轮组的设置位置。
第三、设计、材料及制造成本低本发明的眼睛模块的结构简易，不需 经过复杂的结构设计即可达到本发明的目的。并且眼睛模块所釆用的电磁线 圏及磁性组件的价格低廉，且不需要繁杂的组装程序即可完成制造。使得本 发明的眼睛模块不论在设计、材料及制造成本上均具有极大的优势。
第四、适合大量制造如上所述，本发明的眼睛模块具有成本上的优势 且能够应用于各式电子产品中，相当适合大量制造。
第五、精准控制本发明的控制单元只需通过合作用力的运算，即可通 过控制各个电磁线圏的电流大小，来达到精准控制眼睛本体转动方向的目 的。
第六、生动的互动表现本发明更通过检测单元撷取对象的移动位置信 息，使得眼睛本体可随着对象转动，而呈现出生动活泼的转动态样。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例/〉开如上，然其并非用以限定本
发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范 围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书 所界定者为准。
权利要求
1.一种眼睛模块，至少包括一眼睛本体；多个电磁线圈，设置于该眼睛本体上；以及一磁性组件，设置于该些电磁线圈的后方；其中，该些电磁线圈相对于该磁性组件作用，以带动该眼睛本体朝至少四方向转动。
2. 根据权利要求1所述的眼睛模块，还包括一固定座，该^磁性组件耦接于该固定座，且该〃磁性组件配置于该眼睛本 体及该固定座之间；以及四支撑线，连接该眼睛本体及该固定座，用以支撑该眼睛本体，该磁性 组件位于该些支撑线之间；其中，该眼睛本体借由该些支撑线相对该磁性组件转动。
3. 根据权利要求2所述的眼睛模块，其中该些支撑线相互平行。
4. 根据权利要求2所述的眼睛模块，其中该些支撑线由该固定座的一第 一四边形的四个角落，连接至该眼睛本体的一第二四边形的四个角落，该第 一四边形小于该第二四边形。
5. 根据权利要求1所述的眼睛模块，其中该些电磁线圈包括 三个电磁线圏，分别配置于该眼睛本体上的三个端点。
6. 根据权利要求1所述的眼睛模块，其中该些电磁线圏包括 四个电磁线圏，分别配置于该眼睛本体上的四个端点。
7. 根据权利要求6所述的眼睛模块，其中该些端点分别相对位于该磁性 组件的上方处、下方处、右方处及左方处。
8. 根据权利要求1所述的眼睛模块，其中该些电磁线圈矩阵式排列于该 眼睛本体上。
9. 根据权利要求1所述的眼睛模块，其中该眼睛本体具有一中心轴，该 磁性组件位于该中心轴上，且该些电磁线圈与该磁性组件的距离实质上相 等。
10. 根据权利要求1所述的眼睛模块，还包括一控制单元，电性连接至该些电磁线圏，该控制单元分别控制该些电磁线圈的电流，以改变该些电磁线圈的磁力开关、磁力大小或磁力方向。
11. 根据权利要求IO所述的眼睛模块，还包括 一检测单元，用以检测一对象的移动位置；其中，该控制单元根据该对象的移动位置控制该些电磁线圏。
12. 根据权利要求1所述的眼睛模块，其中该磁性组件为一永久磁铁或一 永久磁石。
13. —种眼睛模块的驱动方法，用以驱动一眼睛模块转动，该眼睛模块包 括一眼睛本体、多个电磁线圏及一磁性组件，该些电磁线圏设置于该眼睛本 体上，该磁性组件设置于该些电磁线圈的后方，该驱动方法包括控制该眼睛本体上的该些电磁线圈，以使该电磁线圏与该磁性组件产生 一作用力；以及根据该作用力驱动该眼睛本体朝至少四个方向转动。
14. 根据权利要求13所述的眼睛模块的驱动方法，其中该眼睛模块还包 括四支撑线及一固定座，该四支撑线连接该眼睛本体及该固定座，该磁性组 件耦接于该固定座，在该驱动该眼睛本体转动的步骤中还包括以该些支撑线支撑该眼睛本体，以使该眼睛本体相对该磁性组件转动。
15. 根据权利要求13所述的眼睛模块的驱动方法，其中控制该些电磁线 圈的该步骤还包括控制该眼睛本体上的一第一电磁线圏，使该电磁线圏与该磁性组件产生 该作用力，以驱动该眼睛本体相对该磁性组件朝上转动；控制该眼睛本体上的一第二电磁线圏，使该电磁线圈与该磁性组件产生 该作用力，以驱动该眼睛本体相对该磁性组件朝下转动；控制该眼睛本体上的一第三电磁线圈，使该电磁线圏与该磁性组件产生 该作用力，以驱动该眼晴本体相对该,兹性组件朝左转动；以及控制该眼睛本体上的一第四电磁线圏，使该电磁线圈与该磁性组件产生 该作用力，以驱动该眼睛本体相对该磁性组件朝右转动。
16. 根据权利要求13所述的眼睛模块的驱动方法，其中该眼睛本体具有 一中心轴，该磁性组件位于该中心轴上，该些电磁线圏与该磁性组件的距离 实质上相等。
17. 根据权利要求13所述的眼睛模块的驱动方法，其中控制该些电磁线 圏的该步骤还包括控制该些电磁线圏的电流，以改变该些电磁线圏的磁力开关、磁力大小磁力方向。
18.根据权利要求17所述的眼睛模块的驱动方法，其中控制该些电磁线 圈的该步骤还包括检测一对象的移动位置；以及 依据该对象的移动位置控制该些电磁线圈。
全文摘要
一种眼睛模块及其驱动方法。眼睛模块至少包括一眼睛本体、数个电磁线圈及一磁性组件。此些电磁线圈设置于眼睛本体上。磁性组件设置于此些电磁线圈的后方。其中，此些电磁线圈相对于磁性组件作用，以带动眼睛本体朝至少四方向转动。
文档编号A63H3/40GK101199904SQ20061016699
公开日2008年6月18日 申请日期2006年12月13日 优先权日2006年12月13日
发明者张宝宜, 林俊男, 威 王, 麟 萧 申请人:明基电通股份有限公司