TWI391171B - 可產生表情變化的臉部裝置 - Google Patents

Description

可產生表情變化的臉部裝置

本發明是有關於一種臉部裝置，特別是指一種可應用於玩偶上的可產生表情變化的臉部裝置。

傳統玩偶或布偶只具有單一種臉部表情，缺乏變化性而較為單調，因此市面上有一種可變換臉部表情的玩偶，主要是藉由機械控制來改變玩偶表情。例如中華民國專利第I293571號專利案之「臉部表情驅動裝置」，主要包含至少一彈性構件以及至少一致動器。該彈性構件為一壓縮彈簧並直接作為臉上之局部部位，例如眉毛、嘴唇…等，所述彈性構件具有一第一端以及一第二端，所述第一端是可轉動地樞接於致動器，所述第二端係被可轉動地固定住。而致動器用以致動彈性構件之第一端轉動，使該臉部部位於臉上呈現各式各樣的臉部表情，其中，臉部部位可為眉毛、上眼臉、下眼臉、上嘴唇以及下嘴唇。但該案採用彈簧作為彈性構件將會有彈性疲乏之疑慮，而且彈性構件與該玩偶臉部皮膚的結合並不容易達成，因此在製程上將會耗費過多的加工時間。除此之外，在彈性構件產生臉部表情的同時，彈性構件所牽動的臉部區塊較大，無法作較局部且細膩的控制。

因此，本發明之目的，即在提供一種機構創新、易於控制，並具有類人表情之生動效果的可產生表情變化的臉部裝置。

於是，本發明可產生表情變化的臉部裝置，包含：一基座單元、一骨架單元、一臉部元件，及一驅動機構。

該骨架單元與該基座單元組裝，並包括一個上安裝架，以及一個設置在該上安裝架之下方的下安裝架。該臉部元件設置在該骨架單元之前側，並包括一朝向該骨架單元並與該骨架單元連結的後表面、一設置在該上安裝架之前側的上唇部，以及一設置在該下安裝架之前側的下唇部。

該驅動機構包括一可驅動該骨架單元之上安裝架與下安裝架產生相對的上、下移動的第一驅動單元，以及至少二個連結該臉部元件的第二驅動單元，所述第一驅動單元包括一第一馬達，該等第二驅動單元都包括一第二馬達，以及一連結該臉部元件並可受該第二馬達控制而改變張力，進而帶動該等上唇部與下唇部產生相對的上、下移動的拉繩。

其中，該臉部元件還包括一個控制部，該控制部包括一個位於該上唇部之上方並可連動該上唇部移動的上唇區塊，以及一個位於該下唇部之下方並可連動該下唇部移動的下唇區塊，前述二個第二驅動單元的拉繩各別連結該等上唇區塊及下唇區塊。

所述第二驅動單元都還包括一連結該第二馬達並可受該第二馬達驅動而轉動的轉盤，所述拉繩包括一固定在該臉部元件之後表面的第一段，以及一連結該轉盤的第二段。

該臉部元件之控制部還包括位於該等上、下唇部之左右兩側的一個左區塊與一個右區塊，該驅動機構包括四個第二驅動單元，其中一個第二驅動單元的拉繩連結該左區塊，另一個第二驅動單元的拉繩連結該右區塊。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1、2、3，本發明可產生表情變化的臉部裝置之較佳實施例包含：一基座單元1、一骨架單元2、一臉部元件3、一固定單元4，以及一驅動機構5。

該基座單元1包括一固定設置的基座11，以及數支上下延伸並結合在該基座11之頂部的支撐桿12(圖2)。該基座11之型態不須限制，只要可供該骨架單元2架設即可。

該骨架單元2包括一個固定設置在該基座11之上方的上固定架21、一個設置在該上固定架21之下方的下固定架22、一個位於該等上、下固定架21、22之間的上安裝架23、一個位於該上安裝架23與該下固定架22之間的下安裝架24，以及二支用於連結該等上安裝架23與下安裝架24的螺栓25。

該上固定架21可供該臉部元件3之鼻子部位固定結合，該下固定架22可供該臉部元件3之下巴部位固定結合。所述上安裝架23藉由該等支撐桿12而固定結合在該基座11的上方，且該上安裝架23包括二個上下間隔並且皆呈水 平的架壁231、一圍繞連接在該等架壁231周緣的圍壁232，數個各別設置在該等架壁231及圍壁232的貫孔233，以及一由該圍壁232與該等架壁231共同界定的安裝空間234。該下安裝架24之左右兩端各別藉由該等螺栓25而與該上安裝架23鎖住，並可受驅動而相對該上安裝架23上下移動。

該臉部元件3是由矽膠製成，矽膠原料取得較容易、且加工便利，並具有柔軟彈性而可輕微變形、拉伸，該臉部元件3設置在該骨架單元2之前側，並包括彼此反向之一前表面31與一後表面32，所述後表面32朝向該骨架單元2而與骨架單元2結合。該臉部元件3還包括：一設置在該上安裝架23之前表面的上唇部33、一設置在該下安裝架24之前表面並可受驅動而相對該上唇部33上下移動的下唇部34，以及一控制部35。

所述控制部35包括一個位於該上唇部33之上方的上唇區塊36、一個位於該下唇部34之下方的下唇區塊37，以及位於該等上、下唇部33、34之左右兩側的一左區塊38與一右區塊39，所述左、右區塊38、39之方向是以該臉皮元件3的前視圖觀之，位於左側即稱為左區塊38，位於右側即稱為右區塊39。其中，該上唇區塊36是指鄰近且位於該上唇部33的上方部位，亦即包含該上唇部33附近的區塊。該下唇區塊37是指鄰近且位於該下唇部34的下方部位，亦即包含該下唇部34附近並可涵蓋到下巴之間的部位，但實施時不須嚴格限定該下唇區塊37所包含的部位。

該固定單元4包括：數個固定設置在該骨架單元2的第一磁鐵41，以及數個各別對應該等第一磁鐵41並設置在該臉部元件3之後表面32的第二磁鐵42。其中有四個第一磁鐵41位於該上固定架21之左側表面，四個第一磁鐵41位於該上固定架21之右側表面，另外四個第一磁鐵41則兩兩一組地各別位於該下固定架22之左右側。該等第二磁鐵42各別位於該臉部元件3的左、右臉頰及下巴部位。藉由第一、二磁鐵41、42間的磁吸力，可將該臉部元件3結合在該骨架單元2上，但是實施時不以磁鐵為必要的固定手段，例如可以用黏膠或其它方式固定。

該驅動機構5包括：一安裝在該上安裝架23的第一驅動單元51，以及四個第二驅動單元52。所述第一驅動單元51安裝在該上安裝架23之安裝空間234內，並且鄰近該圍壁232之左側的內表面，該第一驅動單元51包括一第一馬達511，該第一馬達511之一傳動軸510連結並可驅動該骨架單元2的其中一螺栓25轉動，藉由該螺栓25轉動而帶動該下安裝架24相對該上安裝架23上下移動。

每一個第二驅動單元52皆包括一設置在該安裝空間234內的第二馬達521、一連結並受該第二馬達521帶動而轉動的轉盤523、二連結該轉盤523及該臉部元件3的拉繩524，以及一個拉繩固定件527。其中二個第二驅動單元52的第二馬達521各別安裝在該圍壁232的左、右側之內表面，另外二個第二驅動單元52的第二馬達521安裝在該圍壁232的後側內表面。該等第二驅動單元52的轉盤523是 各別對應其第二馬達521而安裝在該上安裝架23的圍壁232的外表面，因此其中二個轉盤523各別位於圍壁232的左右兩側之外表面，另外二個轉盤523位於該圍壁232後側的外表面，而且每一轉盤523皆連結該等第二馬達521之一向外突伸的轉軸。

本實施例之拉繩524共有八條，並且兩兩一組地連結該臉部元件3及該等轉盤523，所述拉繩524例如尼龍繩，其連結方式如下：其中二條拉繩524連結該上唇區塊36及位於該圍壁232後側的轉盤523、二條拉繩524連結該下唇區塊37及另一個位於該圍壁232後側的轉盤523、二條拉繩524連結該左區塊38及位於該圍壁232左側的轉盤523、二條拉繩524連結該右區塊39及位於該圍壁232右側的轉盤523。而且每一拉繩524皆包括一固定在該臉部元件3之後表面32的第一段525，以及一連結纏繞在與其對應之轉盤523上的第二段526。所述拉繩524可以由該臉部元件3通過該上安裝架23之該等貫孔233後再纏繞於轉盤523，亦即該等貫孔233可供拉繩524方便地通過穿伸，或者拉繩524由該臉部元件3朝該骨架單元2延伸後，可以先用黏膠作局部線段的固定，再繼續朝與其對應的轉盤523延伸。本實施例拉繩524只要可以連結該臉部元件3及轉盤523即可，實施時不須限制拉繩524的延伸纏繞方式與固定方式。

所述拉繩固定件527是由具有伸縮彈性之材質製成，本實施例之拉繩固定件527都是一片具有伸縮彈性的網狀 的紗布528，並貼合在該臉部元件3之後表面32，藉由該等拉繩固定件527輔以黏膠黏著所述拉繩524的第一段525，可加強拉繩524與該臉部元件3之間的固定效果。該拉繩固定件527不限於紗布528，例如其它具有伸縮彈性之片狀體，或網狀體亦可。

本發明使用時，可透過其中二個第二驅動單元52而帶動該等上、下唇區塊36、37相對地上下移動，而且上、下唇區塊36、37可以各別連動該等上、下唇部33、34彼此相對地上下移動，使臉部元件3之嘴部打開或者閉合。而該等第二馬達521驅動該等轉盤523轉動，當轉盤523轉動時可以改變與其纏繞的拉繩524之張力，因此透過拉繩524使該臉部元件3之上唇區塊36、下唇區塊37、左區塊38或右區塊39的臉皮鬆緊程度產生變化。當轉盤523轉動角度較大時，拉繩524被拉緊並使受控制的臉皮區塊呈緊繃狀態，反之，轉盤523轉動角度較小時，使受控制的臉皮區塊較為放鬆。而且第二馬達521順向轉動與逆向轉動所產生的臉部表情效果亦不相同。

須注意的是，當第二驅動單元52透過該等上、下唇區塊36、37而連動該等上、下唇部33、34移動時，該第一驅動單元51同時也控制該等上、下安裝架23、24跟著移動，使上、下安裝架23、24與上、下唇部33、34的位置互相對應。

參閱圖3、4，圖4所示為該等上唇部33與下唇部34相互遠離，配合其他臉部區塊之緊繃程度不同，展現驚訝 表情。此表情之控制參數如下，第一馬達511順向轉30度，左側與右側的第二馬達521皆未轉動，亦即左區塊38與右區塊39呈自然狀態，而控制上唇區塊36的第二馬達521逆向轉40度，控制下唇區塊37的第二馬達521順向轉155度。

參閱圖3、5，圖5所示為該等上唇部33與下唇部34相互靠近，並藉由控制左區塊38與右區塊39使嘴角下垂，因而呈現較為悲傷、沮喪或害怕的表情。此表情之控制參數如下，第一馬達511未轉動，左側與右側的第二馬達521皆順向轉動50度左右，控制上唇區塊36的第二馬達521逆向轉35度，控制下唇區塊37的第二馬達521未轉動。當然，還有其它不同的參數控制可以改變表情，在此不再贅述。

需要說明的是，雖然本實施例臉部元件3未完整示意整張臉，並且主要針對嘴部周圍的部位作控制，但此僅為簡單舉例，實施時可以用同樣的方式對一個具有完整臉型的臉部元件3之各個區塊作控制，例如控制其眼睛、鼻子、眉毛等處，達到改變表情之效果。

綜上所述，藉由第二驅動單元52帶動臉部元件3之嘴部的開合，而且第二驅動單元52的拉繩524張力改變該臉部元件3之多個區塊的鬆緊程度，因而產生不同的表情變化。本發明藉由拉繩524連結該臉部元件3，該第一段525與臉部元件3之間利用該拉繩固定件527及黏膠黏結固定即可，固定方式相當方便，而拉繩524可以牽動臉部元件3 之局部細微處而作控制，使其展現出較細膩且生動逼真的類人臉部表情，例如透過各拉繩524適當的鬆、放控制，以及拉繩524數量足夠而可控制多個部位的情況下，將可以使該臉部元件3產生臉皮皺摺感。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧基座單元

11‧‧‧基座

12‧‧‧支撐桿

2‧‧‧骨架單元

21‧‧‧上固定架

22‧‧‧下固定架

23‧‧‧上安裝架

231‧‧‧架壁

232‧‧‧圍壁

233‧‧‧貫孔

234‧‧‧安裝空間

24‧‧‧下安裝架

25‧‧‧螺栓

3‧‧‧臉部元件

31‧‧‧前表面

32‧‧‧後表面

33‧‧‧上唇部

34‧‧‧下唇部

35‧‧‧控制部

36‧‧‧上唇區塊

37‧‧‧下唇區塊

38‧‧‧左區塊

39‧‧‧右區塊

4‧‧‧固定單元

41‧‧‧第一磁鐵

42‧‧‧第二磁鐵

5‧‧‧驅動機構

51‧‧‧第一驅動單元

510‧‧‧傳動軸

511‧‧‧第一馬達

52‧‧‧第二驅動單元

521‧‧‧第二馬達

523‧‧‧轉盤

524‧‧‧拉繩

525‧‧‧第一段

526‧‧‧第二段

527‧‧‧拉繩固定件

528‧‧‧紗布

圖1是一立體分解圖，顯示本發明可產生表情變化的臉部裝置之一較佳實施例；圖2是該較佳實施例之部分元件的前視圖，同時示意一骨架單元與一臉部元件的相對關係；圖3是該較佳實施例之部分元件的俯視圖；圖4是該較佳實施例的前視圖，同時顯示該臉部元件之其中一種表情；及圖5是一類似圖4的前視圖，同時顯示該臉部元件之另一種表情。

1．．．基座單元

11．．．基座

2．．．骨架單元

21．．．上固定架

22．．．下固定架

23．．．上安裝架

231．．．架壁

232．．．圍壁

233．．．貫孔

234．．．安裝空間

24．．．下安裝架

25．．．螺栓

3．．．臉部元件

31．．．前表面

32．．．後表面

33．．．上唇部

34．．．下唇部

35．．．控制部

36．．．上唇區塊

37．．．下唇區塊

38．．．左區塊

39．．．右區塊

4．．．固定單元

41．．．第一磁鐵

42．．．第二磁鐵

5．．．驅動機構

511．．．第一馬達

521．．．第二馬達

523．．．轉盤

524．．．拉繩

525．．．第一段

527．．．拉繩固定件

528．．．紗布

Claims (7)

1. 一種可產生表情變化的臉部裝置，包含：一基座單元；一骨架單元，與該基座單元組裝，並包括一個上安裝架，以及一個設置在該上安裝架之下方的下安裝架；一臉部元件，設置在該骨架單元之前側，並包括一朝向該骨架單元並與該骨架單元連結的後表面、一設置在該上安裝架之前側的上唇部，以及一設置在該下安裝架之前側的下唇部；及一驅動機構，包括一可驅動該骨架單元之上安裝架與下安裝架產生相對的上、下移動的第一驅動單元，以及至少二個連結該臉部元件的第二驅動單元，所述第一驅動單元包括一第一馬達，該等第二驅動單元都包括一第二馬達，以及一連結該臉部元件並可受該第二馬達控制而改變張力，進而帶動該等上唇部與下唇部產生相對的上、下移動的拉繩；其中，該臉部元件還包括一個控制部，該控制部包括一個位於該上唇部之上方並可連動該上唇部移動的上唇區塊，以及一個位於該下唇部之下方並可連動該下唇部移動的下唇區塊，前述二個第二驅動單元的拉繩各別連結該等上唇區塊及下唇區塊；所述第二驅動單元都還包括一連結該第二馬達並可受該第二馬達驅動而轉動的轉盤，所述拉繩包括一固定在該臉部元件之後表面的第一段，以及一連結該轉盤的 第二段；該臉部元件之控制部還包括位於該等上、下唇部之左右兩側的一個左區塊與一個右區塊，該驅動機構包括四個第二驅動單元，其中一個第二驅動單元的拉繩連結該左區塊，另一個第二驅動單元的拉繩連結該右區塊。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之可產生表情變化的臉部裝置，其中，該上安裝架包括二個上下間隔的架壁、一圍繞連接在該等架壁的周緣的圍壁，以及數個各別設置在該等架壁及圍壁上並供所述拉繩穿伸的貫孔。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之可產生表情變化的臉部裝置，其中，該上安裝架包括二個上下間隔的架壁、一圍繞連接在該等架壁的周緣的圍壁，以及一由該圍壁與該等架壁共同界定的安裝空間，所述第一馬達及第二馬達設置在該安裝空間內。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之可產生表情變化的臉部裝置，其中，該骨架單元還包括一個固定設置在該上安裝架之上方的上固定架、一個設置在該下安裝架之下方的下固定架，以及至少一支連結該等上安裝架與下安裝架並可受該第一馬達驅動而轉動以帶動該下安裝架上下移動的螺栓。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之可產生表情變化的臉部裝置，更包含一將該臉部元件結合在該骨架單元之前側的固定單元，該固定單元包括數個固定設置在該骨架單元之表面的第一磁鐵，以及數個設置在該臉部元件之後 表面並各別對應該等第一磁鐵的第二磁鐵。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之可產生表情變化的臉部裝置，其中，所述第二驅動單元還包括一個固定在該臉部元件之後表面並用於固定該拉繩之第一段的拉繩固定件。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之可產生表情變化的臉部裝置，其中，所述拉繩固定件是由具有伸縮彈性之材質製成。