具有数字化动态表情的玩具的制作方法
专利名称：具有数字化动态表情的玩具的制作方法
技术领域：
玩具，特别是使用了信息技术的具有数字化表情的玩具。
背景技术：
玩具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具，源远流长。其中一类玩具具有模仿人或动物的表情，且通常加以艺术化、卡通化的夸张手法来实现。在现代玩具中，例如有国内可实现早教功能的“皮皮熊”，又如国外采用了人工智能技术的“菲比(furby) ”玩具等，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，这些智能玩具尚不善于表达表情，例如当前的“皮皮熊”系列虽然可以通过语音表达情绪，但其面部表情不能变化；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。而菲比玩具，参见中国专利9980 . 0 中的描述，其通过电机实现的表情是连续、模拟的表情，虽然类似于人类的表达方式，但毕竟受制于机械技术的限制，不利于表达出状态分明、生动的情感状态，例如菲比所能表现的情绪状态限于睡眠、兴奋，而比较鲜明的，例如高兴、生气、愤怒等情绪状态是无法通过机械的表情表现出来的。市场上出现过利用有源矩阵液晶屏幕(以下简称液晶模组)来模拟玩具眼睛的的产品，例如小Q机器人，可以模仿有限的表情还有可以显示多元的信息，包括图片、文字等，这种方法的描述亦见于日本专利申请JP2000070557中。但是使用液晶模块存在着诸多问题，一是液晶模组刚性和厚度较大，不利于安装在具有曲面的玩具头部，即使安装上去，其液晶模组的显示面和玩具外壳存在一定距离，缺乏整体感；二是液晶模组的显示是自发光的，这增大了功耗的同时，这增大了功耗的同时，还由于发光体的光的发散性，加上液晶模组和外壳之间存在一定的间隙，使得液晶模组漏光，无法很好地模拟眼部轮廓，例如小Q机器人的眼部使用黑色的玻璃外壳，外壳下是液晶模组，通常用于表示表情的图案， 例如上弯的弧线显示时，液晶模组的其他部分背景轮廓部分是不发光的，或者背景轮廓显示白色或其他发光颜色，则由于漏光其背景轮廓变得很不规则，严重降低了对于眼部表情模拟的仿真度。例如，由于液晶显示模组不能较好的模拟眼部轮廓，使得其在方法动态表情，例如眨眼方面不理想。第三个方面是，液晶模组的控制系统相对复杂，使得整个玩具电子系统设计相对复杂，不利于大规模应用；四是，受制于结构限制，液晶模组通常限于模拟玩具眼部，而对于其他五官，例如嘴部、鼻子、耳朵的模拟则存在困难。由于这些缺点，该种技术方案从提出到现在一直未有大规模应用。然而这些年来显示技术在持续进步。例如电子纸技术的发展非常的迅速。电子纸显示技术被认为是一种反射式、低功耗、超薄的显示技术。它包括了目前最主流的电泳显示技术，例如美国E INK公司、大陆OED公司提供微胶囊电泳显示技术，或者美国Sipix 公司提供的微杯电泳显示技术，以及电润湿显示技术(electronic wetting display), 电致变色显示技术，电子粉流体显示技术等；目前商用较为成熟的电泳显示技术除了可以使用有源矩阵式驱动外，还可以方便地使用无源段式驱动，并可用低廉的成本实现柔性无源段式电泳显示模组，厚度甚至可以达到0. 3mm，例如中国专利CN200310123446. 5和 CN200320130781. 3中描述了柔性电泳显示屏的结构和制作方法。这种显示技术被应用在多个领域。以最成熟的电泳显示为例，其有源矩阵型电泳显示屏被应用在电子书阅读器的制作上，例如美国的kindle阅读器，中国汉王的电子阅读器等，其无源段式电泳显示屏则被用于数码显示、超市价格标签，这些应用都是将电泳显示屏单独(stand alone)使用的；关于电泳显示技术的各种应用及潜在的概念应用被大量公布在美国E INK公司的网站(www. eink. com)上，但潜在的创新应用仍然有待被发掘。例如反射式显示这个特性通常只被认为带来了低功耗和降低视觉疲劳的优势。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术中的不足，为玩具增添一种数字化的动态表情，提高玩具在表情模仿方面的仿真度，和人机交互的便捷性和趣味性。为实现以上目的，本发明提供一种具有数字化动态表情的玩具，包括壳体；至少一个表情组件，安装于壳体上，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；驱动模组，与上述无源段式电子纸显示模组电连接，驱动其显示图案；控制模组，电连接至驱动模组，包括一处理器、至少一种存储器，用于玩具信息的存储和处理，并控制驱动模组驱动表情组件显示预定图案；所述表情组件之无源段式电子纸显示模组具有连续分割的轮廓像素电极。其中上述控制模组控制连续分割的轮廓像素电极次第点亮或熄灭；或上述控制模组控制连续分割的轮廓像素电极中位于点亮和熄灭交界的像素电极反复点亮和熄灭。表情组件轮廓由表情组件轮廓像素电极和/或轮廓限定组件限定；所述轮廓限定组件是壳体上的开口或透明保护层；优化地，无源段式电子纸显示模组的至少一种显示颜色和表情组件周边壳体颜色接近或一致。无源段式电子纸显示模组像素电极还设有其他用于模仿表情的表情像素电极，用于分割轮廓像素电极的线段或弧线不穿越所述表情像素电极。上述的玩具，其中还包括输入模组，所述控制模组根据输入模组提供的输入信号控制驱动模组驱动表情组件之无源段式电子纸显示模组显示预先关联的图案或图案序列；和/或还包括输出模组，所述控制模组根据输出模组之输出控制驱动模组驱动表情组件之无源段式电子纸显示模组显示预先关联的图案或图案序列。下面将结合附图和若干较佳实施例进一步阐述本发明的精神和细节，以便增强对本发明的理解。为了突出本发明技术特征，对一些公知技术的细节进行了省略；或者虽然公布了一些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发明的理解而非限定本发明。
图IA 玩偶100的结构图；图IB 玩偶100的头部内部结构侧视图；图2A 眼部表情组件120之电子纸显示模组121的电极结构图；图2B 电子纸显示模组121的剖面结构图；图3 玩偶100的电路连接关系图；图3B 玩偶100的信号流逻辑；图4 眼部表情组件120完成一个眨眼动作的程序流程图；图5 眨眼动作的效果示意图(黑色为有效色)；图6 局部眨眼动作的程序流程图；图7 玩具车200的结构图；图8 玩具车200的电路结构具体实施例如图IA所示的是本发明所述的具有数字化动态表情的玩偶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一开口和透明保护层112。眼部表情组件120上是用于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，以及眼部表情图案132。壳体头部110 还安装有嘴部表情组件140，包括电子纸显示模组141，嘴部轮廓限定组件113，用于模仿嘴部表情。图IB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 112为一个椭圆形透明保护层，其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具壳体外部看到，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。嘴部轮廓限定组件113的形状可以更加多样，例如通常的动物公仔玩具制作的嘴部造型形状。超薄的无源段式电子纸显示模组使得轮廓限定组件能够发挥最大的作用，制作出逼真的五官轮廓。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，玩偶100的壳体为布料(绒) 外罩，其外罩罩在内胆之上，内胆可以是布制材料填充棉花，因而整个玩具是柔软的。图2A、图2B为电子纸显示模组121的结构图。请一并参照两图，图2A所示为电子纸显示模组121的剖面结构图。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、电致变色显示等技术等。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电极，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(使用薄膜开关电路或厚膜技术制作)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像素电极来驱动显示预设图案。依据公共电极和像素电极层所选材料的刚性不同，无源段式电泳显示模组可以区分为柔性或非柔性两种。非柔性的无源段式电泳显示模组的像素电极层一般采用在PCB上制作导电焊盘来形成，公共电极可选用ITO玻璃或ITO薄膜。而柔性结构的像素电极层使用FPC、薄膜开关、厚膜技术制作。图2A中电子纸显示模组121的上层(观察者一侧)为透明的ITO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薄膜上的导电油墨印刷像素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。此处微胶囊和像素电极大小不成比例，仅作示意用。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CN2010201093^. 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进一步划分为多个像素电极。图2B所示为电子纸显示模组121 的像素电极结构图，其中像素电极层121C包括了连续分割的轮廓像素电极121C2，121C3， 121C4，121C5，121C6，121C7，用于单独或组合使用时表现眼部轮廓的变化；眼珠像素电极 121C2用于表示眼珠；背景电极121C6为像素电极121C除去上述两种像素电极之剩余部分，用于控制背景色。通常电泳显示模组依据微胶囊中带电粒子颜色和电泳液颜色的不同可以显示两种极端的光学状态，例如电子纸显示模组121可显示白色和黑色，在这黑白之间还可以有多个不同灰度的光学状态。以黑白两种状态为例，当以白色作为背景时，则黑色为有效色；表情组件之电子纸显示模组显示了某图案时，则实际上就是该图案的像素电极 (当该图案是由多个像素电极图案组合成时，则为像素电极们)驱动电泳显示材料显示黑色，或者说该像素电极点亮；反之，当该图案的像素电极驱动电泳显示材料显示从黑色变白色时，则说该像素电极熄灭，以方便叙述。轮廓像素电极121C2 121C7 —起组成了眼部轮廓，为椭圆形；该椭圆形的上半部分被大致平行排列的轮廓像素电极连续分割，例如121C5 和C121C4大致平行，121C4和121C3大致平行、121C3和121C6以及121C7大致平行，且大致平行于椭圆的短轴，它们彼此之间的分割线为弧线，有利于眼睑的模拟；所述椭圆形的下半部为轮廓像素电极121C2，其亦可被进一步分割成多个大致平行的轮廓像素电极。轮廓像素电极的多寡、分割线的类型可以有多样的选择。轮廓像素电极121C3 121C7可以模拟眼睑的上下运动，从而模拟眨眼动作。但在所述椭圆形轮廓内部还被单独分割出了其他用于模拟表情的表情像素电极，例如眼珠像素电极121C1，用于模仿眼珠，使得整个眼部表情组件的效果更逼真。当然还可以进一步划分为多个眼珠像素电极或其他用于表现眼部表情的像素电极，例如用于表示“高兴”等表情的具有上弯弧线图案的上弯弧线像素电极，如图IA 图案132所示，或用于表示“不高兴”等表情的具有下弯弧线图案的下弯弧线像素电极等， 可进一步参照中国专利申请CN201110068267.0所述相关内容。在上述椭圆形内部，不同像素电极的功能可以被复用。眼珠像素电极121C1亦可以被复用成轮廓像素电极。例如，当轮廓像素电极121C2 121C7都点亮时，眼珠像素电极121C1亦点亮，则其是作为轮廓像素电极使用的。又例如，当像素电极121C3单独点亮时，则是作为表情像素电极使用的，表示的是一个“高兴”的表情。公众完全可以根据本发明阐述的方法，灵活地分割椭圆形内部的像素电极，通过控制来实现像素电极的多重使用。参照图2A中像素电极的结构，其为图2B 所述所示像素电极121C1沿A-B线的剖面图。在颜色的搭配上，显然电子纸显示模组121 的可显示的一种颜色与眼部表情组件周边壳体或轮廓限定组件的颜色接近或一致时，根据有利于眼部轮廓的表现。例如当轮廓像素电极121C2 121C7的有效显示色和周边壳体颜色一致时，眼部的眨眼动作将被逼真地模拟。图3所示为玩偶100的内部电路结构图，其中控制模组170，驱动模组171，输入模组173，输出模组172通过总线电连接；还包括电源模块175。控制模组170包括了微控制器 1701，如Atmel公司的ATMEGA88微控制器，其自身带有片上RAM和FlashROM，出于系统需要还可以另外扩展存储器1702。驱动模组171 —方连接至控制模组的微控制器1701相应端口，另一方电连接至电子纸显示模组121，用于将控制模组的无驱动能力的逻辑信号转化为驱动信号，使得电子纸模块能够显示既定图案。输入模组173包括了多种传感器，有按键开关1731，电容感应电极1732，体位传感器1733，语音识别器173 和相应的拾音器1734b， 接近传感器1736，加速度传感器1737，压力传感器1738，温度传感器1739，环境光传感器 1735等。以下将一一讲述各传感器的作用。输出模组172主要包括了声音播放模组1721 和扬声器1722，用于输出语音、音乐等；以及电机模组，包括电机驱动1723和电机17M。图;3B示意了各个模组的逻辑信号流。步骤SllO中输入模组173提供输入信号， 步骤Slll中控制模组170获取所述输入信号，根据输入信号控制驱动模组171驱动表情组件之电子纸显示模组显示预先关联的图案或图案序列(简称“输出相应表情”)；接下来驱动模组171执行步骤S112，驱动表情组件之电子纸显示模组显示相应的图案或图案序列。 同时步骤S113中控制模组控制输出模组172，包括声音播放模组和/或电机模组同步表情组件的图案显示输出声音和/或机械动作；相应地输出模组执行步骤S114，输出相应的声音和/或机械动作。还包括步骤S115，执行其他对应之操作。步骤Slll和S113在逻辑上不分先后，但是在顺序执行的微控制器中存在时间上的先后。上述的“图案序列”是指在表情组件在时间上先后显示的至少两个不同的图案形成的序列，其属于“图案”的下位概念， 这里特别指明的意义在于说明单一输入信号可以触发一个一系列的表情组件显示图案的变化。体位传感器1733用于侦测玩偶100所处的体位，其原理和结构可见于中国专利 CN200510035314. 6。电容感应电极1732安装在鼻子150处，电连接至微控制器1701，通过软件的方法微控制器1701可以检测到1732的电容变化从而实现触摸或者接近传感。电容触摸和电容接近传感的差别在于电容感应电极的灵敏度；例如当是用人的手指接近或触摸电容传感电极时，灵敏度高时，手指刚接近电容感应电极时，微控制器等电容检测装置已经检测到足够的电容变化，从而做出接近判断；想反，当电容感应灵敏度相对低时，手指必须充分触摸电容感应电极，微控制器才能检测到足够的电容变化，从而做出电容触摸的判断。目前业界对于电容检测的方法有多种，大致分为自电容检测和互电容检测，前者包括常见的有松弛振荡检测法；后者常见有电荷转移检测法，为Atmel公司的专利技术，本实施例采用这种检测方法。语音识别模块包括语音识别器173 和拾音器1734b用于识别语音命令，是智能玩具上的常见装置。拾音器1734b为麦克风，语音识别器173 常见为以独立的芯片，例如 DSP处理器或者专门的语音识别芯片。通过语音识别模块使得玩偶100可以识别语音命令和实现人机交谈，并根据语音命令输出相应的表情/声音/电机动作之组合。接近式传感器1736为红外接近传感器，用于使玩偶100在较远的距离识别人或动物的靠近，从而输出相应的表情/声音/电机动作之组合。加速度传感器1737，又称为重力传感器，可以用于识别玩偶100自身的移动、跌落、体位的变化、振动(如拍打)等，从而输出相应的表情/声音/电机动作之组合。压力传感器1738通常用于检测施加在玩偶100的按压、碰撞等，从而玩偶100据此输出相应的表情/声音/电机动作之组合。温度传感器1739用于检测环境温度，从而玩偶100据此输出相应的表情/声音/ 电机动作之组合。光传感器1735用于检测环境光亮度，从而玩偶100据此输出相应的表情/声音/ 电机动作之组合。图4为一个眨眼动作的程序执行流程S100。其中步骤SlOl眼珠像素电极点亮； 步骤S102中控制模组反复检测电容传感电极1732是否被触摸，若有触摸，则往下执行步骤 S103 ；步骤S103 S105中轮廓像素电极121C5 121C3依次点亮，其效果如图5中I、II、 III所示，是一个眼睑闭合过程；步骤S106 S108中像素电极121C3 121C5依次熄灭， 是一个眼睑睁开的过程。由此，通过像素电极121C5、121C4、121C3依次点亮，然后逆序依次熄灭，完整地模拟了一个眨眼动作。如眨眼动作这样的先后显示的至少两个表情组件图案组成的序列叫做表情组件图案序列。图5所示为图4中步骤S103 S105所对应的表情组件120模拟眨眼动作的视觉效果。公众可据此来进一步理解图4所阐述的眨眼动作。图6所示为部分眨眼动作的程序执行流程S200。步骤S201中眼珠像素电极121C1 点亮；步骤S202 S204中轮廓像素电极121C5 121C3依次点亮，其效果如图5中1、11、 III所示，是一个眼睑闭合的过程；步骤S205为延时，实质就是眼睑在某个状态停顿一段时间，为部分眨眼做准备；步骤S206中轮廓像素电极121C3被熄灭，步骤S207中轮廓像素电极121C3点亮，完成一个部分眨眼动作。步骤S206和步骤S207可反复多次。轮廓像素电极C121C3实质是它处于点亮的轮廓像素电极和熄灭的轮廓像素电极121C1的交界处，因此可以被用来模仿部分眨眼的动作，也就是部分眼睑动作。请参照图1A，其中嘴部表情组件140用于模拟嘴部的表情。例如嘴部的张合。公众可依据上述眼部表情组件的眨眼动作的实现原理来实现嘴部张合的模拟。图IA中眼部表情组件120所显示的图案122为眼珠和部分眼睑，而眼部表情组件130则显示为上弯弧线132 ；嘴部表情组件显示下弯弧线142。三个表情组件整体组成了玩偶100处于“高兴” 的表情状态。图7所示为本发明所述数字化动态表情的玩具的实施例二，为玩具车200。图7 中，玩具车200包括外壳201，行动机构，如轮子202。表情组件之电子纸显示模组204安装于玩具车的前挡风处，显示有表情组件图案205，为眼珠和部分眼睑。玩具车200的电路控制系统和玩偶100类似。图8所示为玩具车200的内部电路结构图。包括控制模组270，其中包括微控制器 2701以及存储器2702 ；还包括驱动模组271，电连接与微控制器2701和无源电泳显示模组 204，用于将微控制器2701的逻辑控制信号翻译成驱动信号驱动无源电泳显示模组204显示相应图案；输出模组272，包括声音播放2721，电连接于微控制器2701和扬声器2722，接受微控制器2701指令来控制扬声器2722播放声音；输出模组272还包括电机驱动2733， 电连接于微控制器2701和电机27 ，接受微控制器2701指令来控制电机27 执行相应机械动作，特别是电机27M刚性耦合于轮子202，驱动玩具车200前进、后退、转弯等；还包括输入模组273，具体包括了电连接与微控制器2701的各种传感器，例如按键2731，用于开关控制；体位传感器2733，用于玩具车的体位侦测；加速度传感器2737，用于玩具车行动速度、距离等侦测；压力传感器2738，用于碰撞等侦测。所述玩具车200可根据上述各种传感器的输入信号来做出判断，并且表情组件显示相应的图案或图案序列。以上实施例在于阐明本发明所述的玩具所具有的广泛外延，例如实施例一中其为一具有拟人造型的玩偶，表情组件用于模仿人、动物之表情，较为通用；但在实施例二的玩具车上，表情组件亦可以达到同样的技术效果，使得玩具车具有了拟人化的数字化表情，且和输出可协同动作。尽管本发明所述的玩具表情和电容触摸/体位等输入，以及声音、电机动作等输出的预先关联关系是仍是人预先指定的，但借助于本发明的技术手段，这种预先指定的关系可以在玩具上被自动执行出来，使得各种活跃在荧幕上的卡通形象可以在现实中重现。综上所述，本发明优点在于1)和不具有数字化动态表情的玩具相比，本发明大幅提高了玩具的仿真度；和机械式方式相比，本发明的方案结构简单、可靠性得到提高、表情内容被大大丰富；和使用液晶等有源发光显示屏显示表情的方案比，本发明技术方案可以应用于制作柔软材质的玩具；更利于表现五官轮廓的基础上模仿表情，除了可以模仿眼部表情之外，嘴部表情，甚至鼻子、耳朵等五官表情都可以添加相应表情组件来模仿。2) 数字化的动态表情有利于提高眼部表情、嘴部表情等的模拟，实现例如眨眼、嘴部张合等动作，进一步提高了玩具表情的仿真度。总之，本发明拓展了传统电子纸特别是低端的无源段式电子纸在玩具表情模仿方面的应用，并借助于计算机技术，使得玩具具有数字化动态表情，以及数字化动态表情和玩具其他输入输出充分协同的这一技术构想真正变成了可以量产和商品化的技术方案。
权利要求
1.一种具有数字化动态表情的玩具，包括壳体；至少一个表情组件，安装于壳体上，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；驱动模组，与上述无源段式电子纸显示模组电连接，驱动其显示图案；控制模组，电连接至驱动模组，包括一处理器、至少一种存储器，用于玩具信息的存储和处理，并控制驱动模组驱动表情组件显示预定图案；所述表情组件之无源段式电子纸显示模组具有连续分割的轮廓像素电极。
2.如权利要求1所述的玩具，其中所述控制模组控制连续分割的轮廓像素电极次第点亮或熄灭。
3.如权利要求1所述的玩具，其中所述控制模组控制连续分割的轮廓像素电极中位于点亮和熄灭交界的像素电极反复点亮和熄灭。
4.如权利要求1所述的玩具，其中表情组件轮廓由轮廓像素电极限定，和/或由轮廓限定组件限定。
5.如权利要求4所述的玩具，其中所述的轮廓限定组件是壳体上的预设形状的开口或透明保护层。
6.如权利要求5所述的玩具，其中所述的表情组件之无源段式电子纸显示模组至少一种显示颜色和轮廓限定组件或表情组件之周边壳体的颜色接近或一致。
7.如权利要求1所述的玩具，其中无源段式电子纸显示模组像素电极还设有其他用于模仿表情的表情像素电极，用于分割轮廓像素电极的线段或弧线不穿越所述表情像素电极。
8.如权利要求1 7任一所述的玩具，其中表情组件包括用于模拟眼部表情的眼部表情组件；和/或表情组件还包括用于模拟嘴部表情的嘴部表情组件。
9.如权利要求8所述的玩具，其中表情组件之轮廓为椭圆形/圆形。
10.如权利要求9所述的玩具，其中连续分割的轮廓像素电极为使用大致平行的线段或弧线分割而成。
11.如权利要求10所述的玩具，其中眼部表情组件之无源段式电子纸显示模组还具有圆形或椭圆形轮廓的眼珠像素电极，和/或上弯弧线像素电极，和/或下弯弧线像素电极。
12.如权利要求8所述的玩具，其中所述玩具是一玩偶，其壳体包括一头部，具有大致模仿人或动物头部形体的外形，其表情组件之无源段式电子纸显示模组安装于头部上；或所述玩具是玩具车，其包括壳体和行动机构，所述表情组件之无源段式电子纸显示模组安装于壳体上。
13.如权利要求8所述的玩具，其中还包括输入模组，所述控制模组根据输入模组提供的输入信号控制驱动模组驱动表情组件之无源段式电子纸显示模组显示预先关联的图案或图案序列；和/或还包括输出模组，所述控制模组根据输出模组之输出控制驱动模组驱动表情组件之无源段式电子纸显示模组显示预先关联的图案或图案序列。
14.如权利要求13所述的玩具，其中输入模组至少包括以下传感器之一电容触摸传感器、体位传感器、加速度传感器、压力传感器、温度传感器、语音识别器、光传感器；其中输出模组至少包括以下之一声音播放模组、电机模组。
15.如权利要求1 7，9 14任一所述的玩具，其中所述无源段式电子纸显示模组为无源段式电泳显示模组。
16.如权利要求15任一所述的玩具，其中所述无源段式电泳显示模组为柔性无源段式电泳显示模组。
全文摘要
本发明揭示了一种具有数字化动态表情的玩具；所述玩具包括壳体、表情组件、控制模组、驱动模组、输出模组，所述表情组件具有一个可以显示多种图案来模拟人/动物表情的电子纸显示模组；所述表情组件之无源段式电子纸显示模组具有连续分割的像素电极。
文档编号G09F19/08GK102411890SQ20111027601
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者李晓 申请人:李晓
技术领域：
玩具，特别是使用了信息技术的具有数字化表情的玩具。
背景技术：
玩具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具，源远流长。其中一类玩具具有模仿人或动物的表情，且通常加以艺术化、卡通化的夸张手法来实现。在现代玩具中，例如有国内可实现早教功能的“皮皮熊”，又如国外采用了人工智能技术的“菲比(furby) ”玩具等，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，这些智能玩具尚不善于表达表情，例如当前的“皮皮熊”系列虽然可以通过语音表达情绪，但其面部表情不能变化；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。而菲比玩具，参见中国专利9980 . 0 中的描述，其通过电机实现的表情是连续、模拟的表情，虽然类似于人类的表达方式，但毕竟受制于机械技术的限制，不利于表达出状态分明、生动的情感状态，例如菲比所能表现的情绪状态限于睡眠、兴奋，而比较鲜明的，例如高兴、生气、愤怒等情绪状态是无法通过机械的表情表现出来的。市场上出现过利用有源矩阵液晶屏幕(以下简称液晶模组)来模拟玩具眼睛的的产品，例如小Q机器人，可以模仿有限的表情还有可以显示多元的信息，包括图片、文字等，这种方法的描述亦见于日本专利申请JP2000070557中。但是使用液晶模块存在着诸多问题，一是液晶模组刚性和厚度较大，不利于安装在具有曲面的玩具头部，即使安装上去，其液晶模组的显示面和玩具外壳存在一定距离，缺乏整体感；二是液晶模组的显示是自发光的，这增大了功耗的同时，这增大了功耗的同时，还由于发光体的光的发散性，加上液晶模组和外壳之间存在一定的间隙，使得液晶模组漏光，无法很好地模拟眼部轮廓，例如小Q机器人的眼部使用黑色的玻璃外壳，外壳下是液晶模组，通常用于表示表情的图案， 例如上弯的弧线显示时，液晶模组的其他部分背景轮廓部分是不发光的，或者背景轮廓显示白色或其他发光颜色，则由于漏光其背景轮廓变得很不规则，严重降低了对于眼部表情模拟的仿真度。例如，由于液晶显示模组不能较好的模拟眼部轮廓，使得其在方法动态表情，例如眨眼方面不理想。第三个方面是，液晶模组的控制系统相对复杂，使得整个玩具电子系统设计相对复杂，不利于大规模应用；四是，受制于结构限制，液晶模组通常限于模拟玩具眼部，而对于其他五官，例如嘴部、鼻子、耳朵的模拟则存在困难。由于这些缺点，该种技术方案从提出到现在一直未有大规模应用。然而这些年来显示技术在持续进步。例如电子纸技术的发展非常的迅速。电子纸显示技术被认为是一种反射式、低功耗、超薄的显示技术。它包括了目前最主流的电泳显示技术，例如美国E INK公司、大陆OED公司提供微胶囊电泳显示技术，或者美国Sipix 公司提供的微杯电泳显示技术，以及电润湿显示技术(electronic wetting display), 电致变色显示技术，电子粉流体显示技术等；目前商用较为成熟的电泳显示技术除了可以使用有源矩阵式驱动外，还可以方便地使用无源段式驱动，并可用低廉的成本实现柔性无源段式电泳显示模组，厚度甚至可以达到0. 3mm，例如中国专利CN200310123446. 5和 CN200320130781. 3中描述了柔性电泳显示屏的结构和制作方法。这种显示技术被应用在多个领域。以最成熟的电泳显示为例，其有源矩阵型电泳显示屏被应用在电子书阅读器的制作上，例如美国的kindle阅读器，中国汉王的电子阅读器等，其无源段式电泳显示屏则被用于数码显示、超市价格标签，这些应用都是将电泳显示屏单独(stand alone)使用的；关于电泳显示技术的各种应用及潜在的概念应用被大量公布在美国E INK公司的网站(www. eink. com)上，但潜在的创新应用仍然有待被发掘。例如反射式显示这个特性通常只被认为带来了低功耗和降低视觉疲劳的优势。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术中的不足，为玩具增添一种数字化的动态表情，提高玩具在表情模仿方面的仿真度，和人机交互的便捷性和趣味性。为实现以上目的，本发明提供一种具有数字化动态表情的玩具，包括壳体；至少一个表情组件，安装于壳体上，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；驱动模组，与上述无源段式电子纸显示模组电连接，驱动其显示图案；控制模组，电连接至驱动模组，包括一处理器、至少一种存储器，用于玩具信息的存储和处理，并控制驱动模组驱动表情组件显示预定图案；所述表情组件之无源段式电子纸显示模组具有连续分割的轮廓像素电极。其中上述控制模组控制连续分割的轮廓像素电极次第点亮或熄灭；或上述控制模组控制连续分割的轮廓像素电极中位于点亮和熄灭交界的像素电极反复点亮和熄灭。表情组件轮廓由表情组件轮廓像素电极和/或轮廓限定组件限定；所述轮廓限定组件是壳体上的开口或透明保护层；优化地，无源段式电子纸显示模组的至少一种显示颜色和表情组件周边壳体颜色接近或一致。无源段式电子纸显示模组像素电极还设有其他用于模仿表情的表情像素电极，用于分割轮廓像素电极的线段或弧线不穿越所述表情像素电极。上述的玩具，其中还包括输入模组，所述控制模组根据输入模组提供的输入信号控制驱动模组驱动表情组件之无源段式电子纸显示模组显示预先关联的图案或图案序列；和/或还包括输出模组，所述控制模组根据输出模组之输出控制驱动模组驱动表情组件之无源段式电子纸显示模组显示预先关联的图案或图案序列。下面将结合附图和若干较佳实施例进一步阐述本发明的精神和细节，以便增强对本发明的理解。为了突出本发明技术特征，对一些公知技术的细节进行了省略；或者虽然公布了一些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发明的理解而非限定本发明。
图IA 玩偶100的结构图；图IB 玩偶100的头部内部结构侧视图；图2A 眼部表情组件120之电子纸显示模组121的电极结构图；图2B 电子纸显示模组121的剖面结构图；图3 玩偶100的电路连接关系图；图3B 玩偶100的信号流逻辑；图4 眼部表情组件120完成一个眨眼动作的程序流程图；图5 眨眼动作的效果示意图(黑色为有效色)；图6 局部眨眼动作的程序流程图；图7 玩具车200的结构图；图8 玩具车200的电路结构具体实施例如图IA所示的是本发明所述的具有数字化动态表情的玩偶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一开口和透明保护层112。眼部表情组件120上是用于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，以及眼部表情图案132。壳体头部110 还安装有嘴部表情组件140，包括电子纸显示模组141，嘴部轮廓限定组件113，用于模仿嘴部表情。图IB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 112为一个椭圆形透明保护层，其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具壳体外部看到，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。嘴部轮廓限定组件113的形状可以更加多样，例如通常的动物公仔玩具制作的嘴部造型形状。超薄的无源段式电子纸显示模组使得轮廓限定组件能够发挥最大的作用，制作出逼真的五官轮廓。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，玩偶100的壳体为布料(绒) 外罩，其外罩罩在内胆之上，内胆可以是布制材料填充棉花，因而整个玩具是柔软的。图2A、图2B为电子纸显示模组121的结构图。请一并参照两图，图2A所示为电子纸显示模组121的剖面结构图。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、电致变色显示等技术等。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电极，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(使用薄膜开关电路或厚膜技术制作)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像素电极来驱动显示预设图案。依据公共电极和像素电极层所选材料的刚性不同，无源段式电泳显示模组可以区分为柔性或非柔性两种。非柔性的无源段式电泳显示模组的像素电极层一般采用在PCB上制作导电焊盘来形成，公共电极可选用ITO玻璃或ITO薄膜。而柔性结构的像素电极层使用FPC、薄膜开关、厚膜技术制作。图2A中电子纸显示模组121的上层(观察者一侧)为透明的ITO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薄膜上的导电油墨印刷像素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。此处微胶囊和像素电极大小不成比例，仅作示意用。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CN2010201093^. 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进一步划分为多个像素电极。图2B所示为电子纸显示模组121 的像素电极结构图，其中像素电极层121C包括了连续分割的轮廓像素电极121C2，121C3， 121C4，121C5，121C6，121C7，用于单独或组合使用时表现眼部轮廓的变化；眼珠像素电极 121C2用于表示眼珠；背景电极121C6为像素电极121C除去上述两种像素电极之剩余部分，用于控制背景色。通常电泳显示模组依据微胶囊中带电粒子颜色和电泳液颜色的不同可以显示两种极端的光学状态，例如电子纸显示模组121可显示白色和黑色，在这黑白之间还可以有多个不同灰度的光学状态。以黑白两种状态为例，当以白色作为背景时，则黑色为有效色；表情组件之电子纸显示模组显示了某图案时，则实际上就是该图案的像素电极 (当该图案是由多个像素电极图案组合成时，则为像素电极们)驱动电泳显示材料显示黑色，或者说该像素电极点亮；反之，当该图案的像素电极驱动电泳显示材料显示从黑色变白色时，则说该像素电极熄灭，以方便叙述。轮廓像素电极121C2 121C7 —起组成了眼部轮廓，为椭圆形；该椭圆形的上半部分被大致平行排列的轮廓像素电极连续分割，例如121C5 和C121C4大致平行，121C4和121C3大致平行、121C3和121C6以及121C7大致平行，且大致平行于椭圆的短轴，它们彼此之间的分割线为弧线，有利于眼睑的模拟；所述椭圆形的下半部为轮廓像素电极121C2，其亦可被进一步分割成多个大致平行的轮廓像素电极。轮廓像素电极的多寡、分割线的类型可以有多样的选择。轮廓像素电极121C3 121C7可以模拟眼睑的上下运动，从而模拟眨眼动作。但在所述椭圆形轮廓内部还被单独分割出了其他用于模拟表情的表情像素电极，例如眼珠像素电极121C1，用于模仿眼珠，使得整个眼部表情组件的效果更逼真。当然还可以进一步划分为多个眼珠像素电极或其他用于表现眼部表情的像素电极，例如用于表示“高兴”等表情的具有上弯弧线图案的上弯弧线像素电极，如图IA 图案132所示，或用于表示“不高兴”等表情的具有下弯弧线图案的下弯弧线像素电极等， 可进一步参照中国专利申请CN201110068267.0所述相关内容。在上述椭圆形内部，不同像素电极的功能可以被复用。眼珠像素电极121C1亦可以被复用成轮廓像素电极。例如，当轮廓像素电极121C2 121C7都点亮时，眼珠像素电极121C1亦点亮，则其是作为轮廓像素电极使用的。又例如，当像素电极121C3单独点亮时，则是作为表情像素电极使用的，表示的是一个“高兴”的表情。公众完全可以根据本发明阐述的方法，灵活地分割椭圆形内部的像素电极，通过控制来实现像素电极的多重使用。参照图2A中像素电极的结构，其为图2B 所述所示像素电极121C1沿A-B线的剖面图。在颜色的搭配上，显然电子纸显示模组121 的可显示的一种颜色与眼部表情组件周边壳体或轮廓限定组件的颜色接近或一致时，根据有利于眼部轮廓的表现。例如当轮廓像素电极121C2 121C7的有效显示色和周边壳体颜色一致时，眼部的眨眼动作将被逼真地模拟。图3所示为玩偶100的内部电路结构图，其中控制模组170，驱动模组171，输入模组173，输出模组172通过总线电连接；还包括电源模块175。控制模组170包括了微控制器 1701，如Atmel公司的ATMEGA88微控制器，其自身带有片上RAM和FlashROM，出于系统需要还可以另外扩展存储器1702。驱动模组171 —方连接至控制模组的微控制器1701相应端口，另一方电连接至电子纸显示模组121，用于将控制模组的无驱动能力的逻辑信号转化为驱动信号，使得电子纸模块能够显示既定图案。输入模组173包括了多种传感器，有按键开关1731，电容感应电极1732，体位传感器1733，语音识别器173 和相应的拾音器1734b， 接近传感器1736，加速度传感器1737，压力传感器1738，温度传感器1739，环境光传感器 1735等。以下将一一讲述各传感器的作用。输出模组172主要包括了声音播放模组1721 和扬声器1722，用于输出语音、音乐等；以及电机模组，包括电机驱动1723和电机17M。图;3B示意了各个模组的逻辑信号流。步骤SllO中输入模组173提供输入信号， 步骤Slll中控制模组170获取所述输入信号，根据输入信号控制驱动模组171驱动表情组件之电子纸显示模组显示预先关联的图案或图案序列(简称“输出相应表情”)；接下来驱动模组171执行步骤S112，驱动表情组件之电子纸显示模组显示相应的图案或图案序列。 同时步骤S113中控制模组控制输出模组172，包括声音播放模组和/或电机模组同步表情组件的图案显示输出声音和/或机械动作；相应地输出模组执行步骤S114，输出相应的声音和/或机械动作。还包括步骤S115，执行其他对应之操作。步骤Slll和S113在逻辑上不分先后，但是在顺序执行的微控制器中存在时间上的先后。上述的“图案序列”是指在表情组件在时间上先后显示的至少两个不同的图案形成的序列，其属于“图案”的下位概念， 这里特别指明的意义在于说明单一输入信号可以触发一个一系列的表情组件显示图案的变化。体位传感器1733用于侦测玩偶100所处的体位，其原理和结构可见于中国专利 CN200510035314. 6。电容感应电极1732安装在鼻子150处，电连接至微控制器1701，通过软件的方法微控制器1701可以检测到1732的电容变化从而实现触摸或者接近传感。电容触摸和电容接近传感的差别在于电容感应电极的灵敏度；例如当是用人的手指接近或触摸电容传感电极时，灵敏度高时，手指刚接近电容感应电极时，微控制器等电容检测装置已经检测到足够的电容变化，从而做出接近判断；想反，当电容感应灵敏度相对低时，手指必须充分触摸电容感应电极，微控制器才能检测到足够的电容变化，从而做出电容触摸的判断。目前业界对于电容检测的方法有多种，大致分为自电容检测和互电容检测，前者包括常见的有松弛振荡检测法；后者常见有电荷转移检测法，为Atmel公司的专利技术，本实施例采用这种检测方法。语音识别模块包括语音识别器173 和拾音器1734b用于识别语音命令，是智能玩具上的常见装置。拾音器1734b为麦克风，语音识别器173 常见为以独立的芯片，例如 DSP处理器或者专门的语音识别芯片。通过语音识别模块使得玩偶100可以识别语音命令和实现人机交谈，并根据语音命令输出相应的表情/声音/电机动作之组合。接近式传感器1736为红外接近传感器，用于使玩偶100在较远的距离识别人或动物的靠近，从而输出相应的表情/声音/电机动作之组合。加速度传感器1737，又称为重力传感器，可以用于识别玩偶100自身的移动、跌落、体位的变化、振动(如拍打)等，从而输出相应的表情/声音/电机动作之组合。压力传感器1738通常用于检测施加在玩偶100的按压、碰撞等，从而玩偶100据此输出相应的表情/声音/电机动作之组合。温度传感器1739用于检测环境温度，从而玩偶100据此输出相应的表情/声音/ 电机动作之组合。光传感器1735用于检测环境光亮度，从而玩偶100据此输出相应的表情/声音/ 电机动作之组合。图4为一个眨眼动作的程序执行流程S100。其中步骤SlOl眼珠像素电极点亮； 步骤S102中控制模组反复检测电容传感电极1732是否被触摸，若有触摸，则往下执行步骤 S103 ；步骤S103 S105中轮廓像素电极121C5 121C3依次点亮，其效果如图5中I、II、 III所示，是一个眼睑闭合过程；步骤S106 S108中像素电极121C3 121C5依次熄灭， 是一个眼睑睁开的过程。由此，通过像素电极121C5、121C4、121C3依次点亮，然后逆序依次熄灭，完整地模拟了一个眨眼动作。如眨眼动作这样的先后显示的至少两个表情组件图案组成的序列叫做表情组件图案序列。图5所示为图4中步骤S103 S105所对应的表情组件120模拟眨眼动作的视觉效果。公众可据此来进一步理解图4所阐述的眨眼动作。图6所示为部分眨眼动作的程序执行流程S200。步骤S201中眼珠像素电极121C1 点亮；步骤S202 S204中轮廓像素电极121C5 121C3依次点亮，其效果如图5中1、11、 III所示，是一个眼睑闭合的过程；步骤S205为延时，实质就是眼睑在某个状态停顿一段时间，为部分眨眼做准备；步骤S206中轮廓像素电极121C3被熄灭，步骤S207中轮廓像素电极121C3点亮，完成一个部分眨眼动作。步骤S206和步骤S207可反复多次。轮廓像素电极C121C3实质是它处于点亮的轮廓像素电极和熄灭的轮廓像素电极121C1的交界处，因此可以被用来模仿部分眨眼的动作，也就是部分眼睑动作。请参照图1A，其中嘴部表情组件140用于模拟嘴部的表情。例如嘴部的张合。公众可依据上述眼部表情组件的眨眼动作的实现原理来实现嘴部张合的模拟。图IA中眼部表情组件120所显示的图案122为眼珠和部分眼睑，而眼部表情组件130则显示为上弯弧线132 ；嘴部表情组件显示下弯弧线142。三个表情组件整体组成了玩偶100处于“高兴” 的表情状态。图7所示为本发明所述数字化动态表情的玩具的实施例二，为玩具车200。图7 中，玩具车200包括外壳201，行动机构，如轮子202。表情组件之电子纸显示模组204安装于玩具车的前挡风处，显示有表情组件图案205，为眼珠和部分眼睑。玩具车200的电路控制系统和玩偶100类似。图8所示为玩具车200的内部电路结构图。包括控制模组270，其中包括微控制器 2701以及存储器2702 ；还包括驱动模组271，电连接与微控制器2701和无源电泳显示模组 204，用于将微控制器2701的逻辑控制信号翻译成驱动信号驱动无源电泳显示模组204显示相应图案；输出模组272，包括声音播放2721，电连接于微控制器2701和扬声器2722，接受微控制器2701指令来控制扬声器2722播放声音；输出模组272还包括电机驱动2733， 电连接于微控制器2701和电机27 ，接受微控制器2701指令来控制电机27 执行相应机械动作，特别是电机27M刚性耦合于轮子202，驱动玩具车200前进、后退、转弯等；还包括输入模组273，具体包括了电连接与微控制器2701的各种传感器，例如按键2731，用于开关控制；体位传感器2733，用于玩具车的体位侦测；加速度传感器2737，用于玩具车行动速度、距离等侦测；压力传感器2738，用于碰撞等侦测。所述玩具车200可根据上述各种传感器的输入信号来做出判断，并且表情组件显示相应的图案或图案序列。以上实施例在于阐明本发明所述的玩具所具有的广泛外延，例如实施例一中其为一具有拟人造型的玩偶，表情组件用于模仿人、动物之表情，较为通用；但在实施例二的玩具车上，表情组件亦可以达到同样的技术效果，使得玩具车具有了拟人化的数字化表情，且和输出可协同动作。尽管本发明所述的玩具表情和电容触摸/体位等输入，以及声音、电机动作等输出的预先关联关系是仍是人预先指定的，但借助于本发明的技术手段，这种预先指定的关系可以在玩具上被自动执行出来，使得各种活跃在荧幕上的卡通形象可以在现实中重现。综上所述，本发明优点在于1)和不具有数字化动态表情的玩具相比，本发明大幅提高了玩具的仿真度；和机械式方式相比，本发明的方案结构简单、可靠性得到提高、表情内容被大大丰富；和使用液晶等有源发光显示屏显示表情的方案比，本发明技术方案可以应用于制作柔软材质的玩具；更利于表现五官轮廓的基础上模仿表情，除了可以模仿眼部表情之外，嘴部表情，甚至鼻子、耳朵等五官表情都可以添加相应表情组件来模仿。2) 数字化的动态表情有利于提高眼部表情、嘴部表情等的模拟，实现例如眨眼、嘴部张合等动作，进一步提高了玩具表情的仿真度。总之，本发明拓展了传统电子纸特别是低端的无源段式电子纸在玩具表情模仿方面的应用，并借助于计算机技术，使得玩具具有数字化动态表情，以及数字化动态表情和玩具其他输入输出充分协同的这一技术构想真正变成了可以量产和商品化的技术方案。
权利要求
1.一种具有数字化动态表情的玩具，包括壳体；至少一个表情组件，安装于壳体上，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；驱动模组，与上述无源段式电子纸显示模组电连接，驱动其显示图案；控制模组，电连接至驱动模组，包括一处理器、至少一种存储器，用于玩具信息的存储和处理，并控制驱动模组驱动表情组件显示预定图案；所述表情组件之无源段式电子纸显示模组具有连续分割的轮廓像素电极。
2.如权利要求1所述的玩具，其中所述控制模组控制连续分割的轮廓像素电极次第点亮或熄灭。
3.如权利要求1所述的玩具，其中所述控制模组控制连续分割的轮廓像素电极中位于点亮和熄灭交界的像素电极反复点亮和熄灭。
4.如权利要求1所述的玩具，其中表情组件轮廓由轮廓像素电极限定，和/或由轮廓限定组件限定。
5.如权利要求4所述的玩具，其中所述的轮廓限定组件是壳体上的预设形状的开口或透明保护层。
6.如权利要求5所述的玩具，其中所述的表情组件之无源段式电子纸显示模组至少一种显示颜色和轮廓限定组件或表情组件之周边壳体的颜色接近或一致。
7.如权利要求1所述的玩具，其中无源段式电子纸显示模组像素电极还设有其他用于模仿表情的表情像素电极，用于分割轮廓像素电极的线段或弧线不穿越所述表情像素电极。
8.如权利要求1 7任一所述的玩具，其中表情组件包括用于模拟眼部表情的眼部表情组件；和/或表情组件还包括用于模拟嘴部表情的嘴部表情组件。
9.如权利要求8所述的玩具，其中表情组件之轮廓为椭圆形/圆形。
10.如权利要求9所述的玩具，其中连续分割的轮廓像素电极为使用大致平行的线段或弧线分割而成。
11.如权利要求10所述的玩具，其中眼部表情组件之无源段式电子纸显示模组还具有圆形或椭圆形轮廓的眼珠像素电极，和/或上弯弧线像素电极，和/或下弯弧线像素电极。
12.如权利要求8所述的玩具，其中所述玩具是一玩偶，其壳体包括一头部，具有大致模仿人或动物头部形体的外形，其表情组件之无源段式电子纸显示模组安装于头部上；或所述玩具是玩具车，其包括壳体和行动机构，所述表情组件之无源段式电子纸显示模组安装于壳体上。
13.如权利要求8所述的玩具，其中还包括输入模组，所述控制模组根据输入模组提供的输入信号控制驱动模组驱动表情组件之无源段式电子纸显示模组显示预先关联的图案或图案序列；和/或还包括输出模组，所述控制模组根据输出模组之输出控制驱动模组驱动表情组件之无源段式电子纸显示模组显示预先关联的图案或图案序列。
14.如权利要求13所述的玩具，其中输入模组至少包括以下传感器之一电容触摸传感器、体位传感器、加速度传感器、压力传感器、温度传感器、语音识别器、光传感器；其中输出模组至少包括以下之一声音播放模组、电机模组。
15.如权利要求1 7，9 14任一所述的玩具，其中所述无源段式电子纸显示模组为无源段式电泳显示模组。
16.如权利要求15任一所述的玩具，其中所述无源段式电泳显示模组为柔性无源段式电泳显示模组。
全文摘要
本发明揭示了一种具有数字化动态表情的玩具；所述玩具包括壳体、表情组件、控制模组、驱动模组、输出模组，所述表情组件具有一个可以显示多种图案来模拟人/动物表情的电子纸显示模组；所述表情组件之无源段式电子纸显示模组具有连续分割的像素电极。
文档编号G09F19/08GK102411890SQ20111027601
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者李晓 申请人:李晓
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