专利名称：具有可变表情的玩偶的制作方法
技术领域：
涉及一种玩偶，特别是一种具有可变表情的玩偶。
背景技术：
电子信息技术的进步，让人机交互呈现出更加多样的途径。例如，玩偶在人类历史中已有很长时间的存在，从古代用于表演玩赏的木偶，到现代利用各种电子信息技术手段实现的智能玩偶，人机交互的方式发生了巨大的变化，但其共同的特征是这些玩偶具有模仿人或动物形体的外形，特别是模仿人或动物的五官特征，尤其是五官之一的眼睛和嘴部特征，且通常加以艺术化、卡通化的夸张手法来实现。现代的智能玩偶，例如国内的“皮皮熊”，国外的“菲比(furby)”玩偶等，可以接受使用者的语音、按键、触摸、电磁等输入，然后做出发声、发光、机械运动(眨眼或挥舞肢体)等来表达情绪。然而，这些智能玩偶却不善于表达表情，例如当前的“皮皮熊”系列智能玩偶虽然可以通过语音表达情绪，但其面部表情是不能变化的；菲比玩偶可通过机械运动来实现眨眼的动作，但机械运动会有噪声，且结构复杂，可靠性较低。例如中国专利申请CN200480009933. 1和美国专利申请US6758717B1 中描述了一种利用机械方法更换预先设定的眼睛图像的玩偶来达到可变眼睛的目的。这种方法结构较复杂，因而可靠性低。又如中国专利CN200710003446. X中公布的电子玩偶，采用电机驱动的方法实现嘴部的张合，同样存在结构复杂可靠性较低的问题，且不耐撞击。广义上来讲，智能玩偶包括一切使用了电子信息技术且以实现人机互动为目的的装置，如机器人，电子宠物等。通常的智能玩偶虽然具有拟人的特征，包括模仿人类或宠物 (或一切动物)的外形、语音甚或动作，但受制于技术、成本，尚无法较好地实现可变的表情，这使得当前的智能玩偶的交互趣味大打折扣。
发明内容本实用新型旨在克服上述玩偶的缺点，以可以接受的成本和更高的可靠性，提供一种具有可变表情的玩偶，提高玩偶的交互乐趣。为了实现以上的目的，本实用新型提供一种具有可变表情的玩偶，其包括壳体，具有模仿人或动物形体的外形；头部，是所述壳体的一部分，具有模仿人或动物头部形体的外形；至少一个表情组件，安装于壳体头部，包含可显示多种图案用以模仿人或动物表情的无源段式电子纸显示模组，还包括轮廓限定部件，用于限定所述无源段式电子纸显示模组从壳体外侧可被观察的形状；所述表情组件至少包括用于模仿眼部表情的眼部表情组件。驱动模组，与所述无源段式电子纸显示模组电连接，用于驱动其显示图案。和所有智能玩偶一样，以上所述的玩偶，其中还包括控制模组，设于所述壳体内， 包括微处理器和外围模块，用于对输入信号进行处理，并控制玩偶发出声、和/或光、和/或电、和/或机械的输出。[0011]以上所述的表情组件可以采用多种轮廓限定部件安装在所述玩偶的头部其一，所述轮廓限定部件是头部的一个开口或透明区域，所述开口或透明区域具有大致模仿人或动物五官之一的轮廓特征的轮廓，限定了无源段式电子纸显示模组从玩偶外侧可被观察的形状；其中无源段式电子纸显示模组具有和所述开口或透明区域大致相同的轮廓，所述电子纸显示模组嵌入所述的开口或透明区域；或所述无源段式电子纸显示模组从头部内侧安装在所述开口或透明区域处，并可被使用者从壳体外侧观察。其二，所述的轮廓限定部件为一五官壳体，所述五官壳体大致具有与人或动物任一五官的外形，五官壳体内包含了无源段式电子纸显示模组，五官壳体具有透明轮廓用于限定无源段式电子纸显示模组从玩偶外侧可被观察的形状；五官壳体上有可拆卸的物理连接装置，玩偶壳体上亦有可拆卸物理连接装置，例如按扣，所述物理按扣使得表情部件可固定在玩偶壳体上。五官的外形，举例而言，例如眼部表情组件可以采用有一定厚度的圆盘结构来模仿眼睛的外形。对于表情而言，眼部表情是最为重要的，因而本实用新型所述之玩偶所包括的表情组件中至少包括眼部表情组件；而通常眼部表情都是以脸部中轴线呈左右对称分布。为了进一步简化玩偶内部电连接结构的复杂性，降低成本，多个表情组件之无源段式电子纸显示模组通过柔性连接线电连接至同一驱动模组，所述驱动模组包括相应驱动芯片，所述驱动芯片通过I2C或SPI串行接口连接至控制模组之微处理器相应端口。优选地，其中所述的无源段式电子纸显示模组是无源段式(segmented drive或称 directdrive)电泳显不(Electrophoretic Display)模组。例如美国 E INK 公司、Sipix 公司，或中国奥翼公司提供的电泳显示模组(屏)(Electrophoretic Display)。有别于应用在电子书等高分辨率场合的有源矩阵电泳显示模组需要昂贵的TFT驱动像素电极，无源段式电泳显示模组可利用PCB/FPC/薄膜开关电路技术来直接制作像素电极背板，用以显示简单的预设图案，但可大幅降低制作成本。所述无源段式电泳显示模组包括公共电极，与公共电压连接；像素电极层，包括若干像素电极，所述像素电极分别与驱动模组连接；以及电泳显示材料层，位于共电极层和像素电极层之间，包括多个微腔，微腔中包括悬浮液以及至少一种带电粒子；公共极板层和像素电极之间施加一定的驱动波形以驱动电泳显示材料层显示像素电极层上预设的图案。无源段式电泳显示模组可以采用柔性结构，这样更适用于安装在有一定曲度的表面。而典型的柔性的无源段式电泳显示模组则包括结构透明IT0薄膜公共电极，与公共电压连接； FPC或薄膜开关电路像素电极层，包括若干像素电极，像素电极分别与驱动模组连接;以及电泳显示材料层，位于公共电极和像素电极层之间，其包括多个微腔，微腔中包括悬浮液以及至少一种带电粒子。上述的微腔，业内常见的有微胶囊和微杯(micro-cup)两种结构。除了上述的眼部表情组件，依据五官的划分，所述的表情组件又可以具体划分为眼部表情组件、嘴部表情组件、眉部表情组件、鼻部表情组件、耳部表情组件，各组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。尽管有些五官组件是真实动物所不具有的，例如眉部表情组件所模仿的眉毛器官是大多数动物所不具有的，但是作为一种拟人化和卡通化的需求，也不能完全排除，例如市场上现有的喜洋洋玩偶即具有眉毛。由于相隔较近，眉部表情组件和眼部表情组件使用同一个无源段式电子纸显示模组，通过不完全相同的像素电极来区分。依据以上所述，本实用新型的优点在于1)和传统的不具有可变表情的玩偶相比，本实用新型使得玩偶具有了可以模仿人或动物且可以变化的表情特征，立竿见影，大大提高了玩偶的交互乐趣；2)和传统的机械式方式实现的可变表情的玩偶相比，本实用新型使用的无源段式电子纸显示模组没有了机械部件，因此可靠性得到提高；3)和传统的机械方式相比，本实用新型采用的技术可以大大丰富表情内容；4)传统的技术方案中，无源段式电子纸显示，被视为较低端(low end)的技术，例如目前大规模实用的无源段式电泳显示模块(技术)一般应用于数字(如电子纸手表、价格牌等)、单独的(stand alone)图标等显示，本实用新型克服技术偏见，拓展了电子纸的应用领域。下面将结合若干较佳实施例进一步阐述本实用新型的精神和细节，以便增强公众对本实用新型的理解。为突出本实用新型技术特征，省略了一些公知技术的细节；或者虽然公布了一些公知技术或结构方面的细节，但本领域的专业人员很容易想到其他类似的实现方法，因而这些技术或结构方面的细节仅是为了增加公众对本实用新型的理解而非限定本实用新型。
图1 :本实用新型所述具有可变表情的玩偶100图2 :具有可变表情的玩偶100的头部110的侧视图图3 :无源段式电泳显示模组121的剖面图图4 :无源段式电泳显示模组121的像素电极示意图和电连接关系图5 :具有可变表情的玩偶100的内部电连接关系图图6 :控制模组内部电路连接关系图图7 :具有可变表情的玩偶100的内部电路连接物理位置结构图图8A、图8B :具有可变表情的玩偶100的效果图图9 :无源段式电子纸显示模组221的第二种安装方式图10 :无源段式电子纸显示模组321的第三种安装方式具体实施例如图1所示的是本实用新型所述的具有可变表情的玩偶100 (以下简称玩偶100)， 包括壳体头部110 ;而头部110包括了眼部表情组件120，电子纸显示模组121，以及壳体头部110上的用于安装和限定眼部表情组件的椭圆形轮廓限定部件——开口和透明保护层 112。眼部表情组件120上是模仿眼部表情的图案122 ;与眼部表情组件120成左右对称的眼部表情组件130，电子纸显示模组131，以及与眼部表情图案122成左右对称的眼部表情图案132。壳体头部110还安装有嘴部表情组件140，电子纸显示模组141，用于模仿嘴部表情。一般地，玩偶壳体可以是实心的，亦可以为空心的；或者分层结构，相应地，表情组件安装于壳体上，包括了多种方式实心壳体，安装在壳体的外侧；空心壳体，安装于壳体外侧或内侧；分层结构，安装在第一层外侧或内侧，亦可以安装于第二层的外侧，对于安装在壳体第一层内侧(单层结构归为第一层)或这第二层外侧的方式，都需要在第一层设相应的轮廓限定部件以使得电子纸显示模组显示的图案能为观察者从壳体外部所观察到并限定其形状。图2所示为头部110的侧视剖面图，其中壳体的眼部表情组件的轮廓限定部件一开口和透明保护层112后面安装了电子纸显示模组121，这样电子纸显示模组121上的显示表情图案就可以被观察者从玩偶壳体外部看到，又起到保护电子纸显示模组121的作用，同时可以限定电子纸显示模组可被观察的形状，该形状模仿眼部的轮廓，如圆形或椭圆形，这使得电子纸显示模组可以是矩形，便于制造的同时不妨碍模仿眼部形状。电子纸显示模组121的安装依据模组本身的柔性和非柔性，以及壳体的材料而有所不同；本实施例中，电子纸显示模组121为柔性结构，图3给出了具体结构。玩偶100的壳体为布料(绒) 外罩，其外罩罩在内胆160之上，是一种可拆卸的结构，电子纸显示模组121安装在内胆160 上，并通过壳体头部110上的轮廓限定——开口和透明保护层112来限定其被玩偶外侧所观察到的形状。由于外罩可拆卸，因而便于水洗清洁。内胆可以是布制材料填充棉花，又或者是塑胶材料，各有不同的优点和适用的玩偶种类。图3所示为电子纸显示模组121的剖面图。具体地，电子纸显示模组121为无源段式电泳显示模组。电子纸技术除了这里所述的电泳显示技术外，还有电润湿显示、胆固醇液晶显示、电子粉流体显示技术等。无源段式电泳显示模组的无源是相对于有源而言，即没有有源器件，例如薄膜晶体管(TFT)，作为驱动开关来选通不同的像素，而是采用简单的导电电极，例如PCB、FPC上的导电焊盘，或者PET薄膜上的导电油墨电极直接形成像素电极(即开关薄膜电路)等；其中段式是指像素电极是非矩阵式排列的，而是一些通过预设的一定图案的电极来驱动显示预设图案。图3中电子纸显示模组121的上层(观察者一侧) 为透明的IT0导电薄膜的公共电极，具体包括透明薄膜121A，以及附着其上的透明导电公共电极121B ;下层为像素电极层121C以及下基材121D，可采用PET薄膜上的导电油墨电极的技术制作像素电极层121C，下基材121D为柔性的PET薄膜，因而电子纸显示模组121 为柔性无源段式电泳显示模组。公共电极121B和像素电极层121C之间为电泳显示材料层121E，其中包括微胶囊121E1作为微腔，微胶囊121E1中包含悬浮液121E3，带负电的白色粒子121E2，带正电的黑色粒子121E4。电泳显示材料还有其他微腔和粒子系统结构，例如Sipix公司的微腔不采用微胶囊,而采用固定形状的微杯结构(micro cup),而微杯中包含带颜色而非透明的悬浊液，以及一种带电颜色粒子；又或者微腔中的两种颜色粒子，其中只有一种粒子带电，因而可在悬浊液中受外加电场控制而运动，而另一种颜色粒子不带电， 则悬浮在悬浮液中从而形成背景色。关于多种电泳显示材料层的描述也可以参见中国专利 CN201020109329. 9的相关描述。柔性电泳显示屏的制作，具体地，还可参考柔性无源段式电泳显示屏的制作可具体参考中国专利CN200310123446. 5和CN200320130781. 3中的相关描述。像素电极层121C包含了若干像素电极，包括轮廓像素电极121C1U21C2，表情像素电极121C3和121C4。参照图4为电子纸显示模组121电极图案的顶视图，其中轮廓像素电极121C1为椭圆环，轮廓像素电极121C2为椭圆(椭圆的内部被进一步划分为若干表情像素电极，因而严格来讲轮廓像素电极121C2是除去其内部各个表情像素电极的椭圆的剩余部分，为简便起见，只以其外围轮廓来相称)，它们都可以用于表示眼部的轮廓；表情像素电极121C3为上弯的圆弧，用于表示“高兴”的眼部表情，表情像素电极121C4为下弯的圆弧，用于表示“不高兴”的眼部表情。各个像素电极通过驱动线123连接到驱动模组 151，驱动线123走线通常布在下基材121D上的像素电极层121C的背面，图4中用虚线表图5表示了玩偶100内部电路连接关系图。其中电子纸显示模组121电连接驱动模组151，以便接受来自驱动模组151的驱动电压波形来显示特定的图案；驱动模组151可使用晶门科技公司(Solomon systech)提供的SSD1623电子纸驱动芯片作为核心,加上必要的电容等外围元件构成。驱动模组151电连接控制模组152，从而控制模组152可以控制驱动模组151发出特定的电压驱动波形来驱动不同的像素电极使电子纸显示模组121显示特定图案。如图6所示，控制模组152包括至少微处理器芯片1520，例如Atmel公司的 ATMEGA88微处理器；控制模组152还包括用于接受用户输入的按键开关1524、电容触摸按键1523等；控制模组152还包括发光器件LED灯1521，发声器件扬声器1522，机械驱动器件永磁电机1525等。电源153用于给各个电路模块供电。图7示意了电路连接在玩偶内部的物理布局，其中当玩偶100有多个表情组件时， 例如至少包括了眼部表情组件120/130，相应地，电子纸显示模组121/131连接至同一个驱动模组151 ;同样地，当还包括嘴部表情组件140及相应的电子纸显示模组141时，亦连接至驱动模组151。驱动模组151安装在上述3个表情组件之间以便减少连接线的长度。驱动模组采用的驱动芯片，例如SSD1623/SSD1629等，可使用C0B方式封装在PCB板上，有利于驱动模组减小面积和降低成本。驱动模组可通过串行接口，例如I2C(Inter-Integrated Circuit)或 SPI (Serial Peripheral Interface)接口连接至控制模组 152 的 ATMEGA88 微处理器1520上，通常上述的串行接口只需要2 4条连线即可；当然控制模组和驱动模组之间还需要地线连接，此为常识；电源153和控制模组152安装在一起，并通过电源线给控制模组152和驱动模组151供电，电源线和串行接口线采用统一排线连接至驱动模组151。 例如电源线为VCC，地线为GND，SPI串行接口连线包括数据线SDI、SD0，时钟线SCL，使能线 CS，因此控制模组152和驱动模组151之间的排线连接共需6条线。图8A和图8B示意了玩偶100的通过眼部表情组件和嘴部表情组件组合出的两种不同的表情状态，其中图8A所示为“高兴”的表情，此状态下，眼部表情组件120中的电子纸显示模组121的轮廓像素电极121C1以及表情像素电极121C3点亮，于此对称地，眼部表情组件130中的与像素电极121C1/121C3相对称的像素电极点亮，因而眼部表情组件显示的表情图案为左右对称的椭圆环(眼部轮廓)，以及上弯弧线(眼部表情)122和132 ;而嘴部表情组件140显示的表情图案为下弯弧线，由此构成了玩偶100的“高兴”的表情。图8B 与图8A相反，其中玩偶100表达的是“不高兴”的表情；此状态下，眼部表情组件120中的电子纸显示模组121的轮廓像素电极121C1以及表情像素电极121C4点亮，于此对称地，眼部表情组件130中的与像素电极121C1/121C4相对称的像素电极点亮，因而眼部表情组件显示的表情图案为左右对称的椭圆环(眼部轮廓)，以及下弯弧线(眼部表情)；而嘴部表情组件140显示的表情图案为上弯弧线，由此构成了玩偶100的“不高兴”的表情。人类或动物表情在艺术化、卡通化的加工下虽然存在多种多样的图案，但公众对此的内涵和外延都有相当一致的认同，因此，在本实用新型精神下使用的各种形状的像素电极来模仿人类或动物表情的做法都应被视为涵盖在本实用新型的保护范围内。图9示意了电子纸模块另一种安装方式。眼部表情组件220所包含的电子纸显示模组221以嵌入的方式安装在壳体头部210上，因此电子纸显示模组221需具有眼部轮廓的外形，如椭圆形，因此必须椭圆形状的无源电泳显示模组来制作。图10示意了电子纸模块的第三种安装方式。眼部表情组件320具有一个半球形状的壳体，用于表示眼部的立体轮廓，壳体内有电子纸显示模组321。眼部表情组件320从壳体头部310外部固定其上，半球形的壳体使得眼部表情组件更有立体感。表情组件和电子纸显示模组的具体固定的方式可以依据壳体的材料而有多样的选择，例如当玩偶的壳体使用毛绒时，可用胶水粘固、缝接等等；当壳体使用塑料、塑胶、金属等具有一定刚性的材料时，缝接不便使用，但还可以使用螺丝固定等。本专业领域的人员可以使用多种方式来将表情组件和电子纸显示模组固定于玩偶的壳体之上而不需创造性的劳动。以上所述的实施例在于帮助公众理解而非限定本实用新型，本专业领域人员可以依照本说明书做出各种等效的变更和修饰而不超出本实用新型的范围。
权利要求1.一种具有可变表情的玩偶，其包括壳体，具有模仿人或动物形体的外形；头部，是所述壳体的一部分，具有模仿人或动物头部形体的外形；至少一个表情组件，安装于壳体头部，包含可显示多种图案用以模仿人或动物表情的无源段式电子纸显示模组，还包括轮廓限定部件，用于限定所述无源段式电子纸显示模组从壳体外侧可被观察的形状；所述表情组件至少包括用于模仿眼部表情的眼部表情组件。驱动模组，与所述无源段式电子纸显示模组电连接，用于驱动其显示图案。
2.如权利要求1所述的玩偶，其中所述轮廓限定部件是头部的一个开口或透明区域， 所述开口或透明区域具有大致模仿人或动物五官之一的轮廓特征的轮廓，限定了无源段式电子纸显示模组从玩偶外侧可被观察的形状；其中无源段式电子纸显示模组具有和所述开口或透明区域大致相同的轮廓，并嵌入所述的开口或透明区域；或无源段式电子纸显示模组从头部内侧安装在所述开口或透明区域处，并可被使用者从壳体外侧观察。
3.如权利要求1所述的玩偶，其中所述的轮廓限定部件为一五官壳体，所述五官壳体大致具有与人或动物任一五官的外形，五官壳体内包含了无源段式电子纸显示模组，五官壳体具有透明轮廓用于限定无源段式电子纸显示模组从玩偶外侧可被观察的形状。
4.如权利要求2所述的玩偶，其中所述壳体采用为布料外罩，外罩内包括内胆，外罩和内胆可分离；无源段式电子纸显示模组为柔性结构，安装于内胆外表面；外罩上设有表情组件且至少包括用于模仿眼部表情的眼部表情组件的开口，用于限定相应无源段式电子纸显示模组从玩偶外侧可被观察的形状。
5.如权利要求1 4任一所述的玩偶，其包括了多个表情组件，且其中至少包括两个眼部表情组件；多个表情组件之无源段式电子纸显示模组通过柔性连接线电连接至同一驱动模组，所述驱动模组包括相应驱动芯片，所述驱动芯片通过I2C或SPI串行接口连接至控制模组之微处理器相应端口 .
6.如权利要求5所述的玩偶，其中驱动芯片采用C0B封装。
7.如权利要求1 4、6任一所述无源段式电子纸显示模组为无源段式电泳显示模组， 其包括公共电极，与公共电压连接；像素电极层，包括若干像素电极，所述像素电极分别与驱动模组连接；以及电泳显示材料层，位于公共电极和像素电极层之间，其包括多个微腔，微腔中包括悬浮液以及至少一种带电粒子。
8.如权利要求7所述的无源段式电泳显示模组为柔性无源段式电泳显示模组。
9.如权利要求8所述的柔性无源段式电泳显示模组，其包括透明IT0薄膜公共电极，与公共电压连接；FPC或薄膜开关像素电极层，包括若干像素电极，所述像素电极分别与驱动模组连接；以及电泳显示材料层，位于公共电极和像素电极层之间，其包括多个微腔，微腔中包括悬浮液以及至少一种带电粒子。
10.如权利要求1 4任一所述的玩偶，其中眼部表情组件的轮廓限定部件形状为圆形或椭圆形。
专利摘要本实用新型是一种具有可变表情的玩偶。所述的玩偶具有模仿动物或人外形的壳体，以及模仿动物或人头部的壳体头部，所述的壳体头部安装有表情组件，表情组件包括有可以显示多种图案模拟人类或动物的表情的电子纸显示模块，和轮廓限定部件。本实用新型通过运用表情组件，使得玩偶以更高可可靠性和更佳的表现力获得了表情表达功能，极大地提高了玩偶人机互动的乐趣。
文档编号A63H3/36GK202342849SQ201120234009
公开日2012年7月25日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年3月23日
发明者李晓 申请人:李晓