一种双耳仿生运动机芯、控制方法及智能玩具与流程

本发明涉及智能玩具，尤其是一种双耳仿生运动机芯、控制方法及智能玩具。

背景技术：

1、现有会动耳朵的玩偶通常采用单电机加连杆同时带动左右耳、凸轮周期摆动、左右舵机执行固定角度指令，或者直接把某个按键事件映射为一组简单往返动作。另一些产品仅通过外皮柔性变形制造耳朵晃动效果，缺少可重复、可标定的耳根部运动控制。

2、现有方案的主要缺陷包括：

3、（1）左右耳机械同步感强。单驱动或镜像轨迹容易形成完全同步、等幅、等速的机械摆动，难以表达动物警觉、害羞、开心、倾听等具有先后次序和轻微非对称性的行为。

4、（2）整耳刚性驱动的生物感不足。部分方案将整只刚性耳件直接固定于舵机输出轴，耳根和耳尖几乎同步转动，缺少生物耳朵由根部肌肉施力、上部软组织产生滞后、弯曲和回弹的随动效果。

5、（3）机芯与具体外观强耦合。耳朵形状、外皮厚度或角色变化后，原动作角度不能直接复用，需要重新修改底层程序或传动结构。

6、（4）缺少左右独立标定。两个驱动器的装配方向、零位、有效行程和负载可能不同，直接使用相同控制量会导致两耳角度不一致、撞限位或拉扯外皮。

7、（5）动作只是离散角度而非行为轨迹。固定的“转到a角—转到b角”缺少预备、快速响应、保持、微调、过冲校正和恢复等时间结构，难以形成仿生观感。

8、（6）固件缺少统一动作所有者。触摸、语音、表情和系统状态分别直接控制舵机时，容易发生命令冲突、重复触发或掉电时仍持续顶住机构。

9、（7）不便作为通用机芯销售。采购方更换外皮或角色后无法稳定复用动作资产，也难以快速拆换、重定制耳朵上部的形态、材质和柔软度。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种双耳仿生运动机芯及智能玩具，能够解决现有玩偶耳朵运动机械同步感强、刚性驱动生物感不足、机芯与外观耦合过紧、不便作为通用模块使用等问题。

2、为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种双耳仿生运动机芯，包括安装基体，其特征在于还包括分别设置于所述安装基体左右两侧的左耳驱动组件和右耳驱动组件，所述左耳驱动组件和所述右耳驱动组件分别包括独立的电驱动器以及与所述电驱动器输出端连接的耳部承载件，所述耳部承载件具有用于连接耳部构件的安装部；还包括控制电路板和存储器，所述的存储器中存储有左耳动作轨迹和右耳动作轨迹，所述左耳动作轨迹与所述右耳动作轨迹在时间和/或幅度上具有非对称性；所述控制电路板上的控制器被配置为根据所接收的指令驱动左右耳执行对应的动作轨迹。

3、作为优选，所述左耳驱动组件和所述右耳驱动组件分别通过斜置承载框架安装于所述安装基体上，两套驱动组件相对于所述基体呈左右对称设置。

4、作为优选，所述左耳驱动组件和右耳驱动组件的电驱动器为舵机、直流减速电机、步进电机、线性执行器、形状记忆合金执行器、磁致执行器或压电执行器；所述电驱动器的输出端通过轴接、齿轮传动、连杆传动、拉索传动、凸轮传动或柔性传动与所述耳部承载件连接。

5、作为优选，所述的耳部构件由可形变材料制成，在随所述耳部承载件运动时通过自身柔性产生相对于耳根的弯曲、滞后、摆动和/或弹性恢复。

6、作为优选，所述耳部构件通过套接、插接、卡扣连接、螺钉连接、磁吸连接、夹持连接或可释放粘接结构与所述耳部承载件可拆卸连接；所述耳部构件的材料为搪胶软胶、硅胶、tpe、tpu、弹性泡棉或织物与弹性骨架的复合材料。

7、作为优选，本发明还公开了一种双耳仿生运动控制方法，其包括以下步骤：根据获取的状态信息或控制指令，从存储的多个动作模板中选择对应的左耳动作轨迹和右耳动作轨迹，所述左耳动作轨迹与所述右耳动作轨迹在起动时刻、运动幅度、保持时间和恢复时刻中的至少一项上彼此不同。

8、作为优选，还包括通过唯一动作服务统一管理左右耳的动作输出；将触摸事件、语音交互状态或上层应用指令转换为状态语义后由所述动作服务选择对应的动作轨迹；当新的动作指令到来时，以新动作抢占当前正在执行的动作。

9、作为优选，所述左耳动作轨迹和右耳动作轨迹各自包含起始静止阶段、预备阶段、快速动作阶段、保持阶段、微调阶段和恢复阶段中的多个阶段，各阶段之间通过端点速度和/或端点加速度为零的平滑插值曲线过渡。

10、作为优选，还包括以固定采样周期逐帧播放所述动作轨迹；当处理任务出现延迟时跳过已过期的时间帧，在动作完成、收到停止指令或检测到驱动故障后释放左右驱动组件。

11、本发明还公开了一种智能互动玩具装置，其包括上述的双耳仿生运动机芯，双耳仿生运动机芯被套置安装于玩偶头部外皮内部。

12、本发明的有益效果是：（1）左右耳独立驱动且动作轨迹具有非对称性，能够模拟动物警觉、害羞、开心等不同情绪状态下的耳部行为，仿生性显著提高。（2）耳部构件采用可形变材料，在耳根主动驱动下产生自然弯曲、滞后和弹性回摆，接近生物耳朵的运动方式。（3）耳部构件可拆卸更换，便于适配不同动物角色外形，提高机芯通用性。（4）机芯作为独立模块可装入不同玩偶外皮内部，适合作为标准件独立制造和销售；（5）设置双眼显示区和额头发光元件，丰富了互动反馈方式好。

1.一种双耳仿生运动机芯，包括安装基体（1），其特征在于还包括分别设置于所述安装基体（1）左右两侧的左耳驱动组件和右耳驱动组件，所述左耳驱动组件和所述右耳驱动组件分别包括独立的电驱动器（7）以及与所述电驱动器（7）输出端连接的耳部承载件（5），所述耳部承载件（5）具有用于连接耳部构件的安装部（6）；还包括控制电路板和存储器，所述的存储器中存储有左耳动作轨迹和右耳动作轨迹，所述左耳动作轨迹与所述右耳动作轨迹在时间和/或幅度上具有非对称性；所述控制电路板上的控制器被配置为根据所接收的指令驱动左右耳执行对应的动作轨迹。

2.根据权利要求1所述的双耳仿生运动机芯，其特征在于所述左耳驱动组件和所述右耳驱动组件分别通过斜置承载框架（4）安装于所述安装基体上，两套驱动组件相对于所述基体呈左右对称设置。

3.根据权利要求2所述的双耳仿生运动机芯，其特征在于所述左耳驱动组件和右耳驱动组件的电驱动器（7）为舵机、直流减速电机、步进电机、线性执行器、形状记忆合金执行器、磁致执行器或压电执行器；所述电驱动器的输出端通过轴接、齿轮传动、连杆传动、拉索传动、凸轮传动或柔性传动与所述耳部承载件连接。

4.根据权利要求3所述的双耳仿生运动机芯，其特征在于所述的耳部构件由可形变材料制成，在随所述耳部承载件运动时通过自身柔性产生相对于耳根的弯曲、滞后、摆动和/或弹性恢复。

5.根据权利要求4所述的双耳仿生运动机芯，其特征在于所述耳部构件通过套接、插接、卡扣连接、螺钉连接、磁吸连接、夹持连接或可释放粘接结构与所述耳部承载件可拆卸连接；所述耳部构件的材料为搪胶软胶、硅胶、tpe、tpu、弹性泡棉或织物与弹性骨架的复合材料。

6.一种双耳仿生运动控制方法，其特征在于包括以下步骤：根据获取的状态信息或控制指令，从存储的多个动作模板中选择对应的左耳动作轨迹和右耳动作轨迹，所述左耳动作轨迹与所述右耳动作轨迹在起动时刻、运动幅度、保持时间和恢复时刻中的至少一项上彼此不同。

7.根据权利要求6所述的双耳仿生运动控制方法，其特征在于还包括：通过唯一动作服务统一管理左右耳的动作输出；将触摸事件、语音交互状态或上层应用指令转换为状态语义后由所述动作服务选择对应的动作轨迹；当新的动作指令到来时，以新动作抢占当前正在执行的动作。

8.根据权利要求7所述的双耳仿生运动控制方法，其特征在于所述左耳动作轨迹和右耳动作轨迹各自包含起始静止阶段、预备阶段、快速动作阶段、保持阶段、微调阶段和恢复阶段中的多个阶段，各阶段之间通过端点速度和/或端点加速度为零的平滑插值曲线过渡。

9.根据权利要求8所述的双耳仿生运动控制方法，其特征在于还包括以固定采样周期逐帧播放所述动作轨迹；当处理任务出现延迟时跳过已过期的时间帧，在动作完成、收到停止指令或检测到驱动故障后释放左右驱动组件。

10.一种智能互动玩具装置，其特征在于包括权利要求1-5任一所述的双耳仿生运动机芯，其被套置安装于玩偶头部外皮内部。