专利名称：采用面部组件机构和控制系统的卡通形象的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用改进的面部组件机构和使面部动作与卡通形象发出的声音同步的控制系统的卡通形象。本发明特别涉及面部机构和用于与卡通形象中扬声器发出的鸣唱或讲话声音同步活动卡通形象眼睛和嘴部的集成控制系统。
已经开发了多种具有可活动手臂和嘴部部件的卡通形象，并由现有技术专利公开。例如，Ryan的美国专利No.3,230,665公开了一种具有由来自齿轮传动电机的细长杆驱动的可活动眼睛和嘴唇并由唱机单元发出声音的活动玩偶玩具。Ryan等人的美国专利No.3,364,618和3,421,254也公开了类似的活动讲话玩偶。Forsse等人的美国专利No.4,665,640公开了一种用于具有面部动作并与控制信号同步发出声音的卡通形象的机电控制器。Curran等人的美国专利4,775,352公开了一种具有由传动电机通过由来自一可更换卡式磁带的信号控制的柔性从动链控制可活动眼睛和嘴部部件的活动讲话玩偶。Mirahem的美国专利4,805,328公开了一种利用机电驱动机构的讲话玩偶，其嘴唇动作基于设定音频信号阈值而响应于具有通-断特性的音频驱动信号。另外，Ber1iner的美国专利4,808,142公开了一种具有嘴唇可机械动作以模仿讲话和包括一讲话同步系统的活动玩偶。然而，已经发现这些具有用于卡通形象的面部机构和控制系统电路的现有技术卡通形象都有所不希望的不同缺陷，因此已找到了某些改进。
本发明提供一种包括一个稳定支撑结构和安装在其中的一个面部组件，并具有安装在卡通形象面部构件上的面部组件机构的卡通形象。该面部组件可由同样安装在支撑结构中的集成控制和声音系统操作，可与面部组件中眼睛和嘴部部件的动作同步操作面部机构。
面部组件机构包括一个包含第一电机的齿轮箱，第一电机用来通过皮带和传动机构驱动可旋转转筒，可旋转转筒有一个用来移动安装在箱中的往复移动条部件的螺旋形外凸缘表面，该条附连到可枢轴转动地安装在面部构件中的两个眼球并可移动两个眼球。第二电机驱动一个从动转动件，该从动转动件移动附连到面部构件可转动下嘴唇的往复运动连杆部件，以便上下移动可转动的嘴唇部件。一端附连到转动件的弹簧阻止从动转动件的转动，以便当驱动第二电机时降下并张开嘴唇部件。当未驱动第二电机时由弹簧力抬起并闭上嘴唇部件，该弹簧最好是向转动件作用扭力的盘簧或螺旋型弹簧。通过调节弹簧另一端所附连的弹簧盘可调节弹簧对从动转动件转动的阻力。
面部构件的眼睛和嘴唇部件的操作与安装在支撑结构下部中的控制和声音系统产生的鸣唱或讲话声同步出现，该声音是从同样安装在卡通形象支撑结构中的扬声器发出。从电源向第一和第二电机提供电力，该电源最好是由位于支撑结构下部中的通断开关控制的干电池组。用于本发明卡通形象的集成控制和声音系统将高频音频信号与低频控制信号混合，记录和提取经混合的音频和控制信号以便全部与卡通形象面部组件的眼睛和嘴部动作同步驱动两台电机和扬声器。
本发明有利于提供诸如动画广告标志或鸣唱树结构之类的卡通形象，该卡通形象采用提供与扬声器发出并由控制电路装置控制的鸣唱或讲话声音同步的逼真眼睛和嘴部动作的面部构件。
参考下面的附图进一步描述本发明，其中
图1是呈常青鸣唱树形式的卡通形象前视图，包括一个支撑结构和一个具有安装在树上部中的可活动眼睛和嘴唇部件的面部组件；图2是沿图1中2-2线的侧视图；图3是图2支撑结构下部沿图1的3-3线的放大截面图；图4示出沿图2的4-4线并有两个可转动眼球和一个可活动下嘴唇部件的面部组件前视图；图5是图1中的面部组件沿图1中5-5线的放大截面图；图6是图4面部组件机构的分解透视图，面部组件机构安装在用于驱动面部组件的两个可转动眼球和嘴部的面部构件上；图7是本发明中采用的信号控制系统的方框图；和图8是用于操作卡通形象的面部组件机构和扬声器的控制电路示意图。
如图1所示，卡通形象10包括一个上部稳定主体构件11，和一个刚性地安装在构件11前部中的面部组件12。如图2所示，稳定主体构件11包括一个前半部分11a和一个后半部分11b，前半部分11a和后半部分11b由诸如多个相隔的拧紧螺钉13之类的适当紧固装置沿装配接点11c附连在一起。稳定主体构件11可按要求具有各种形状，以表示各种卡通形象，并可按要求包覆或装饰以便具有特定面貌，例如通过覆多个人造树枝14以模仿具有活动面部组件12的鸣唱树。可在稳定主体构件11上端该面部组件12之上放置一个适当的帽子或其它所希望的覆盖物。
稳定主体构件11a和11b附连到一个下支撑结构16。该支撑结构16包括同样由诸如拧紧螺钉13之类的多个紧固件在装配接点16c附连在一起的一个前半部分16a和一个后半部分16b。如图3所示，支撑结构16的上端由一个内部装配机械接点17附连到主体构件11的下端上。一个在内部装配接点19附连到支撑结构16的平板18靠近支撑结构下端。
一个扬声器部件20安装在稳定主体构件11的前侧11a中，一个控制电路单元22安装到支撑结构16的后半部分16b上。由附连到下支撑构件16的电开关21操作面部组件12和扬声器20二者。诸如来自电池组24的电源提供到支撑构件16中的一个箱体23中以操作控制电路单元22和扬声器20。
图4更详细示出面部组件12。面部组件12包括一个具有适合在鸣唱树中表示诸如小精灵之类任何特定所希望角色形状的前面部构件30。面部构件30有两个开口31，每个开口的尺寸用于接受一个可枢轴转动地安装在面部构件中的销33处的球形眼球部件32。一个细长的下嘴唇部件34以其每一端由双枢销35可枢轴转动地附连到面部构件30。如图5所示，由诸如多个螺钉37之类的适当紧固装置将面部组件12固定安装在设置在主体构件11前半部分11a中的开口36中。两个可转动的眼球部件32和可转动的下嘴唇34由面部组件机构40与由扬声器部件20发出的声音同步移动并由控制和声音产生系统单元22控制。
由图6的分解图示出了用于操作位于稳定直立主体构件11中的面部组件12的面部机构40的部件。一个齿轮箱41支撑两个电机和排列其齿轮驱动以便分别驱动眼球32将它们左右来回转动，并驱动嘴部的下嘴唇34以模仿鸣唱和讲话动作。对于眼睛32的转动动作，第一电机42和皮带传动系统43以及齿轮44驱动可旋转的圆柱形转筒46。该转筒具有设置在转筒外表面上的突起螺旋凸缘45，它与一个细长往复运动条48的中央槽48a接触，以使条48左右重复往复运动。条48有两个向下凸起部48b，每个向下凸起部与附连到每个眼球32的开槽托架连接，以使条48的往复运动转动面部构件30中的眼睛32。
对于面部构件30中下嘴唇34的动作，每当电源接到第二电机50时电机50驱动轴51并通过齿轮53转动从动轮52。盘簧54阻止从动轮52的转动，每当切断电机50的电源时从动轮52反向旋转。通过可调节的弹簧盘56可调节从动轮52上的反向旋转力，弹簧盘56包括一个长柄56a并可通过适当工具从通孔57外侧转动以便设定所希望的盘簧54的扭力强度。连杆58在59可枢轴转动地附连到从动轮52，以便推动嘴部的转动下嘴唇34上下运动。未向电机50提供电力时，盘簧54的力将保持嘴部的下嘴唇34闭合。每当向电机50提供电信号时下嘴唇34将张开。输入到面部机构40的信号与控制电路单元22提供给扬声器20的声音信号相关，以使下嘴唇的动作与声音匹配，从而使面部组件12的嘴部产生真实的鸣唱或讲话效果。
如图7的方框图和图8的控制电路示意图所示，在预先记录步骤期间，来自卡通形象10的控制单元22的AC控制信号与音频信号声迹混合，然后从记录装置提取该信号并用来激励扬声器20和两台电机42和50，两台电机驱动卡通形象面部组件12中的可活动眼睛和嘴部部件。对于控制电路单元22，控制信号可具有比卡通形象10的使用者即将听到的音频信号的频率明显高的频率，但最好是低于该音频信号的频率。
现在参考图7，从存储介质60提取存储在控制单元22中的混合音频控制信号并将其施加到将组合信号分离成其高频音频和低频控制分量的两个滤波器的每一个。混合信号链路中的高通滤波器61和放大器63通向扬声器65，并从即将由用户听到的高频音频信号中滤除低频控制信号。如果控制信号的频率在可听范围或重放范围之外，可根据控制系统的需要取消高通滤波器61。在优选实施例中，扬声器65不易重放频率约在40Hz的低频控制信号，即使不使用高通滤波器61基本上也听不到控制信号。
在通向电驱动电机68的控制信号链路中，低通滤波器62滤除音频信号并仅使低频控制信号通过。来自低通滤波器62的信号施加到幅度检波器64，幅度检波器通常采取整流器的形式，该整流器得到与向其施加的AC控制信号的幅度成正比的DC电压。该信号施加到电平检测器66，电平检测器检测幅度检波器的输出幅度是否超过固定阈值，在幅度超过固定阈值的情况下启动电机驱动器67，该电机驱动器施加足够的功率以驱动电机68。
如果电平检测器66增益量大(即具有较陡的传递函数)，电机68将完全接通或完全关断。如果电平检测器66具有较低增益(较为线性的传递函数)，施加到电机68的功率将与幅度检波器64的输出成正比，而这可能是某些装备所希望的。
应该指出，可重新排列或组合图7中的一些框而基本上不改变所执行的功能，例如，高通滤波器61可放置在放大器63之后而不是在其之前，如果该重新排列有助于具体控制信号装备的设计效率。另外，信号存储装置60可以是磁带或数字存储器电路器件。
图8示出优选数字存储器电路实施例的示意图。标为70的集成电路U1是通常可得到的″话音IC″，该″话音IC″包含在接近0Hz至6kHz频率范围内存储和播放信号的所有所需电路和存储器。电阻R7控制U1的内部时钟电路的频率。驱动集成电路U1时，所存储的混合音频控制信号以电流形式从U1的AUD管脚71输出。该电流由电阻R8转换成电压，如同使用这类IC的标准作法。电容器C6也是按惯例从信号中消除不希望的残余时钟馈入。晶体管Q4将音频信号放大到能够驱动扬声器(SPKR)72的功率电平，扬声器产生用户听到的声音。由于用于该存储器电路的小扬声器不能重放40Hz的控制信号，因此为降低费用起见，已省略了图7方框图中所示的高通滤波器61。
电阻器R12、R13和R14以及电容器C7、C8和C9构成常规的三极低通滤波器。应该指出，在该电路中到低通滤波器62的输入是从放大器的输出提取的，而不是直接来自如图7方框图所示的存储/播放设备60的输出。通过省略高通滤波器61能够进行信号处理方框的重新排列(仍未从放大器的输出信号滤掉控制信号)并为提取电路工作提供更大的(放大)信号。
电容器C10、电阻器R15-R17、和晶体管Q5对低通滤波器62的输出进行缓冲并对所得到的提取控制信号提供放大，以便为幅度检波器提供更大的信号。可以认为该放大器是低通滤波器的一部分或幅度检波器的一部分，并且不是本发明的概念部分，因此图7的方框图未将其单独示出。
应该指出，电阻器R17未象常规一样直接连接电源电压，而是代之以连接到U170的STA输出端73。STA73是由可用软件编程的播放IC提供的控制输出端，以执行任意控制功能。在该实施例中，STA73用来在开始播放声音期间中止该幅度检波器，在开始播放声音时播放IC产生所不希望的会误驱动电机的瞬变。
二极管D1、电容器C11、和电阻器R18构成图7的幅度检波器64，并以熟知的被称为″峰值检波器″的构形连接，作为必需的半波整流器。电阻器R19和晶体管Q6作为电平检测器66，并与电阻器R20、R21、和晶体管Q8一起构成图7的电机驱动器67。当幅度检波器64的输出足够大而向Q6的基极提供足够电流时，Q6开始工作，导通晶体管Q8向标号为74的电机M1提供电流。在该实施例中，作为电平检测器66的Q6不具备非常陡的传递曲线，传递到标号为74的电机M1的电流量与幅度检波器64输出端的电压略成正比。这样发现幅度检波器的输出刚一超过固定阈值就会为卡通形象提供比完全导通的电平检测器更细微的嘴部动作。
设置电容器C12-C14抑制电机34产生的电噪声，电阻器R25限制传递到电机的最大电流。标号为76的电池B1向系统提供电源。
在1997年2月18日提交的序号为No.08/801,207，题目为″为电驱动设备置入和提取控制信号的系统和方法″的待审专利申请中更详细地描述了该控制电路单元22，该专利申请归入在此作为必要程度的参考以便为本发明的电控制系统提供充分公开。
虽然已概括性地并作为具体实施例描述了本发明，可以理解，在下面权利要求定义的范围内可对本发明做出各种改进和变化。
权利要求
1.一种卡通形象，具有与鸣唱或讲话声音同步的面部动作，其特征在于，包括一个垂直定向成形的支撑结构；一个安装在所述支撑结构上主体部分中的面部组件，所述面部组件包括一个具有两个转动眼睛部件的面部构件和一个具有以面部构件为枢轴转动下唇部件的嘴部，安装在面部构件上的电驱动面部机构可使所有所述部件活动；一个安装在所述支撑结构中位于面部构件下方的扬声器装置；一个安装在所述支撑结构中并适用于产生音频信号和控制信号并与眼睛和嘴部部件的动作同步产生鸣唱和讲话声音的控制电路单元；和一个设置到所述支撑结构以便与控制电路单元产生的鸣唱和讲话声音同步驱动面部构件眼睛和嘴部部件的电源。
2.根据权利要求1所述的卡通形象，其特征在于，所述支撑结构包括由紧固装置附连在一起的一个前半部分和一个后半部分，所述面部组件安装在支撑结构中上主体部分前部。
3.根据权利要求1所述的卡通形象，其特征在于，所述控制电路单元安装在下支撑结构中。
4.根据权利要求1所述的卡通形象，其特征在于，所述电源至少由一个干电池提供并且开关位于支撑结构下部中。
5.根据权利要求1所述的卡通形象，其特征在于，支撑结构主体部分包覆有人造枝叶以模仿鸣唱常青树。
6.一种卡通形象，具有与来自卡通形象的鸣唱或讲话声音同步的眼睛和嘴部动作，其特征在于，包括一个垂直定向成形包覆有人造常青枝叶以模仿树木的支撑结构；一个安装在所述支撑结构上主体部分中的面部组件，所述面部组件包括一个具有两个转动眼睛部件的面部构件和一个具有可枢轴转动地附连到面部组件的下唇部件的嘴部，安装在面部构件上的电驱动面部机构可使所有所述部件活动；一个安装在所述支撑结构中位于面部构件下方的扬声器装置；一个安装在所述支撑结构下部中并适用于产生音频信号和控制信号并与眼睛和嘴部部件的动作同步产生鸣唱和讲话声音的控制电路单元；和一个设置到所述支撑结构下方以便与控制电路单元产生的鸣唱和讲话声音同步驱动面部构件眼睛和嘴部部件的电源和开关；一个安装在所述箱中并具有附连到一个从动转动件的可转动轴的第二电机；一个连杆部件，其一端可枢轴转动地附连到从动转动件，其另一端可枢轴转动地附连到所述面部构件嘴部的下唇部件；和一个安装在附连到所述从动转动件的轴上以阻止转动件转动的弹簧部件，每当驱动所述一和第二电机的一个时，两个眼球部件可水平前后转动并且下嘴唇部件可上下移动，以便模仿面部构件的鸣唱或讲话动作。
7.一种适合于安装在卡通形象中的面部组件机构，其特征在于，包括一个成形的面部构件，包括两个分别可枢轴转动地装在面部构件上部中的眼睛，所述眼睛分别附连到一个细长的条部件，附连到安装在面部构件上的箱中的可转动转筒的凸缘表面可横向移动该细长条部件，和一个具有可枢轴转动地安装在面部构件中的下嘴唇部件的嘴部；一个安装在所述箱中并具有一个附连到可转动转筒的轴的第一电机；一个安装在所述箱中并具有一个附连到从动转动件的可旋转轴的第二电机；一个连杆部件，其一端可枢轴转动地附连到从动转动件，其另一端可枢轴转动地附连到所述面部构件嘴部的下唇部件；和一个安装在附连到所述从动转动件的轴上以阻止转动件转动的弹簧部件，每当驱动所述一和第二电机的一个时，两个眼球部件可水平前后转动并且下嘴唇部件可上下移动，以便模仿面部构件的鸣唱或讲话动作。
8.根据权利要求7所述的面部组件机构，其特征在于，所述箱安装在面部构件上封装所述从动转动件和所述弹簧部件。
9.根据权利要求7所述的面部组件机构，其特征在于，所述可转动转筒凸缘表面为螺旋形并与所述细长条部件接触。
10.根据权利要求7所述的面部组件机构，其特征在于，所述弹簧部件是一个绕所述从动电机轴设置的螺旋扭转弹簧，并可通过附连到该轴的可调节弹簧盘从外部调节弹簧扭力。
11.一种适合于安装在卡通形象中的面部组件机构，其特征在于，包括一个成形的面部构件，包括两个分别可枢轴转动地装在面部构件上部中的眼睛，所述眼睛分别附连到一个细长的条部件，附连到安装在面部构件上的箱中的可转动转筒的螺旋形凸缘表面可横向移动该细长条部件，和一个具有可枢轴转动地安装在面部构件中的下嘴唇部件的嘴部；一个安装在所述箱中并具有一个附连到可转动转筒的轴的第一电机；一个安装在所述箱中并具有一个附连到从动转动件的可旋转轴的第二电机；一个连杆部件，其一端可枢轴转动地附连到从动转动件，其另一端可枢轴转动地附连到所述面部构件嘴部的下唇部件；和一个安装在附连到所述从动转动件的轴上以阻止转动件转动的弹簧部件，每当驱动所述一和第二电机的一个时，可由所述可移动条前后水平转动两个眼球部件并且下嘴唇部件可上下移动，以便模仿面部构件的鸣唱或讲话动作。
全文摘要
一种具有设置在支撑结构上主体部分以模仿鸣唱树的面部组件的卡通形象。该面部组件包括一个面部构件和由电机通过齿轮和连杆系统分别驱动的两个可转动眼睛部件和一个下嘴唇部件组成的机构。一个控制电路单元和一个扬声器设置在该支撑结构中,以便由面部机构使面部组件的眼睛和嘴部部件与由安装在支撑结构中的控制电路系统和扬声器产生的鸣唱和/或讲话声音同步移动。
文档编号A63H3/40GK1191151SQ97116399
公开日1998年8月26日 申请日期1997年8月25日 优先权日1997年2月18日
发明者约瑟夫F·特鲁克塞斯 申请人:实用设计公司