一种基于生物钟的管家服务机器人的制作方法

本发明涉及建立与地球自转相适应的人类生活节律、行为方式和家庭管理模式，尤其涉及一种管家服务机器人。

背景技术：

家庭需要管家服务机器人管理家庭生活的主要痛点和主要问题。

管家服务机器人主要解决家庭生活中具有刚需高频性质的主要问题和主要痛点。家庭生活由白天生活和夜间生活构成：白天的生活包括食品餐饮、服装换洗、卫生整理、健康关怀、休息娱乐、学习教育、现金理财、旅行安排、工作安排等；夜间的生活包括睡眠和性爱以及由此衍生的生儿育女等。

已有的管家服务机器人解决的是非主要非系统的“碎片化”事情。

现有的被称为管家服务机器人的智能设备解决的基本上不是具有刚需高频性质的主要问题和主要痛点，或者说这些管家服务机器人解决的基本上是家庭生活中少数几个非主要的非系统化的“碎片化”问题。

这些碎片化的管家服务机器人有三种技术方案。

第一种是以原有单一功能性智能设备为基础加上一二个非刚需的锦上添花式的功能，比如科沃斯“与清洁机器人一体，自主巡逻、环境监测、语音提醒、与移动空气净化器连接、家电遥控”。还有在儿童学习机器人或商用引导机器人基础上加上娱乐播放、全天候替身陪护、生活通识查询、智能生活助理、超级陪读家教等功能。

第二种是智能音箱或智能助理+的方案，比较代表性的是亚马逊echo、谷歌home、苹果homepod、微软invoke、阿里天猫精灵、百度的小度音箱。这些设备的共同点是通过语音交互来回答人类需要了解的一些问题，但并不是专为家庭管理而开发的，所以基本上不能满足家庭的需要。天猫精灵具有的购物功能除外。

第三种是家庭物联网lot方案，华为、小米、海尔、美的等都想通过lot战略实现控制家用设备的智慧家庭。例如，小米音箱可以报时间、播音乐、脱口秀、找手机、控制扫地机和空气净化器等。再如，海尔控制灯光、音响、电视、冰箱、洗衣机等。

总之上述方案都没有摆脱自有技术上的“路径依赖”，都是从现有技术上能够做什么出发的，并没有从家庭生活实际需求出发，更没有去系统研究“管家”应该“管什么”或应该“做什么事情”，管家在家里应该充当什么角色。

技术实现要素：

本发明的目的，在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种管家服务机器人，通过人工智能手段获取家庭成员每天不可缺少的主要家务活动，以生物钟理论为基础对家庭日常事务进行有针对性的统筹规范，横向构建基于时间→事务→指南→知识点→导航→服务机构→连接任务机器人的层次化家庭事务指南，纵向构建以小时->日->星期->季度->年等多维时间粒度的家庭事务链，实现在生物时间节律基础上的事务安排指令化、数字化、智能化、自动化、智慧化，高效引导家庭成员养成与生物钟相一致的生活规律及生活方式。

本发明的技术方案是这样实施的：

一种基于生物钟的管家服务机器人，它具有不倒翁状的外形和生物钟管家系统；所述基于生物钟的管家服务机器人具有上下两个人机多态交互装置：机器人头部显示屏是一个关于生物钟的24小时和12时辰的全景的连续显示装置，机器人腰部hmi显示屏是特定时点的事务提示装置；所述生物钟管家系统包括：微表情识别模块、推荐知识数据库、事务管理引擎、人机多态交互装置、用户行为数据库、偏差评估模块。所述微表情识别模块是将微摄像头采集的用户面部表情图像数据进行分析，推断用户情感状态，给出指令指导机器人做出动作给以迎合，推荐知识数据库向事务管理引擎推送知识数据，用户通过人机多态交互装置向用户行为数据库传送行为数据，用户行为数据库将该行为数据输送到事务管理引擎，事务管理引擎将知识数据和用户行为数据进行匹配，一边将匹配结果通过人机交互装置向用户展现，一边将匹配信息输送到一个行为评估模块进行评估，评估结果同样通过人机多态交互装置向用户展现；所述用户行为数据库是构建在管家服务机器人内部的多租户数据库，存储用户与管家服务机器人的交互行为。

所述的一种基于生物钟的管家服务机器人，所述推荐知识数据库存储有基于生物钟节律理论和十二时辰养生理论相关的知识、家庭生活中时间和事务如何分配管理需求点、以及与这些需求相关的产品信息特征的显示关联规则。

所述的一种基于生物钟的管家服务机器人，所述事务管理引擎：是管家服务机器人的核心部件，包括两部分，推荐单元和匹配单元：

推荐单元将家庭生活中时间管理和事务安排，在生物钟节律理论和十二时辰养生理论约束下，制定符合人体生理规律的用于时间管理的时间链和用于事务管理的事务链，进而基于该时间链和事务链构建规范健康的作息模型，并通过人机多态交互装置推送给用户；

匹配单元从用户行为数据库中获取用户个性化家庭事务行为安排，并将该行为与推荐单元构建的作息模型进行对比，统计其差异性。

所述的一种基于生物钟的管家服务机器人，所述用户行为数据库存储用户与管家服务机器人的交互行为，包括不执行作息模型建议的行为而输入自主事务安排的行为、用户查询家庭事务管理的行为、用户按下功能键的行为。

所述的一种基于生物钟的管家服务机器人，所述行为评估模块从匹配结果获取用户自主行为数据与知识数据的差异，进而构建差异矩阵，通过差异矩阵元素的加权计算得出用户目前生活方式潜在的风险值，并通过人机多态交互装置推送给用户，提醒用户及时调整作息行为。

所述一种基于生物钟的管家服务机器人，所述推荐知识数据库模块存储家庭生活健康知识和家庭事务管理建议以及与此相关的其它知识，资源是在云端构建postgresql数据库，并在云端部署的一套爬虫程序，爬取资源的关键字设置为家庭生活、时间管理、事务安排、生物钟、十二时辰、健康养生，同时在云端部署一套cwadvisor环境，爬虫爬取的资源和健康专家提交的健康理论知识借助该环境实现知识到规范、可用的表达形式的转换后存于postgresql数据库中。

所述一种基于生物钟的管家服务机器人，所述推荐知识库中知识的规范和可用表达形式基于约束推荐知识库方式来构建模型，该模型定义了两个变量的集合：（vtime、vaffairs）和三个不同约束的集合：（crhythm、chealth、cscene）vtime表示不同时间粒度下的时间段，vaffairs某件具体家庭事务，crhythm、chealth、cscene分别表示生物钟节律规范、十二时辰养生规范和情景感知获取；推荐知识库：（vtime、vaffairs、crhythm、chealth、cscene）。

所述一种基于生物钟的管家服务机器人，所述vtime的时间粒度划分包括日、周、月、季度和年的时间序列。

所述一种基于生物钟的管家服务机器人，所述事务管理引擎模块包括推荐单元和匹配单元，推荐单元是一套智能推荐系统，用于在生物钟节律理论、十二时辰养生理论和情景感知条件下，构建标准的时间链-事务链作息模型，并将计算结果推送给用户；匹配单元是一组匹配算法，用于检测用户行为是否符合标准模型结果，并计算其差异性。

所述一种基于生物钟的管家服务机器人，所述事务管理引擎中的智能推荐系统依据约束满足算法和结合数据库查询方式构建健康规范的时间链-事务链作息模型并实施反馈给用户。

所述一种基于生物钟的管家服务机器人，推荐单元依赖显示的评分来获取特定时间链下的事务安排策略，由该推荐单元给出评分，基于评分数据，推荐单元推导出评分函数r，对特定时间链下不同事务安排策略给出评分，取分值最高的安排策略构建与该时间链对应的事务链；评分函数定义为：

r:time*affairs*rhythm*health*scene→rating

其中time表示时间粒度，affairs表示需要安排的行为，rhythm、health、scene分别声明了与该策略相关的生物钟节律信息、十二时辰养身信息和情景信；

根据笛卡尔积定理：给定d1,d2,…，dn维度，定义笛卡尔积s=d1xd2x…xdn.此外，令rating表示所有可能评分值的有序集合，那么评分函数可被定义为空间d1xd2x…xdn上的函数

r:d1xd2x…xdn→rating

即定义一个推荐空间在time*affairs*rhythm*health*scene上的评分函数r，用于表示事务a∈affairs在生物中节律规范r∈rhythm、十二时辰养生规范h∈health、情景环境s∈scene条件下安排在时间点t∈time时的适宜程度。

所述一种基于生物钟的管家服务机器人，所述事务管理引擎中的匹配单元包括基于多重序列比对理论构建差异性识别模型，用于获取用户个人时间链-事务链作息策略与推荐单元构建的标准时间链-事务链作息模型的差异性：

(1)将推荐单元构建的时间链-事务链作息模型中的时间、事务元素序列化

s0=(t0,a0)，t0=t00t01t02…t0n，a0=a00a01a02…a0n

(2)从用户行为数据库中提取用户个性化行为，同样进行序列化处理

s1=(t1,a1)，t1=t10t11t12…t1n，a1=a10a11a12…a1n

(3)令aij=∑，i=0,1;j=0,1,…n，∑^`=∑∪{-}表示某一时刻两条不同事务链的差异度，aij表示事物链序列，{-}表示未知行为事务，则序列a0,a1的比对是二维字符矩阵：

。

所述一种基于生物钟的管家服务机器人，所述行为评估模块用于从匹配过程中获取用户自主行为与规范健康的作息模型的差异，进而构建差异矩阵，通过差异矩阵元素的加权计算得出用户目前生活方式潜在的风险值；具体实现匹配单元获得比对二维字符矩阵进行比对运算；为评价比对质量的优劣，定义目标函数如下：

其中，其中，z（ai，aj）表示通过比对b序列ai，aj导出的匹配度计分，bk为拟定的加权系数，|aik-ajk|表示差的绝对值；

定义匹配度计分代表用户行为与规范作息行为匹配的一致性，计分高代表身体越健康，计分低代表身体处于亚健康或不健康状态，计分数值通人机多态交互装置予以显示提醒用户合理调整作息习惯。

所述一种基于生物钟的管家服务机器人，用户行为数据库内部构建了三维数据表（u，t，a），u代表用户身份，t代表行为发生的时间，a代表某行为；人机多态交互装置获取用户时间-事务行为后，将行为数据按数据表格式化，而后存于用户行为数据库。

所述一种基于生物钟的管家服务机器人，人机交互系统模块用于管家服务机器人和用户之间交互，管家服务机器人向用户推荐健康的作息建议、用户向管家服务机器人提交自己的日常行为、用户通过管家服务机器人查阅知识。

所述一种基于生物钟的管家服务机器人，管家服务机器人具有艺术造型的不倒翁形象，头部和腰部各配置一块显示屏用于交互过程信息的可视化显示，头部显示屏下设四个一排机械按键用于功能选择，胸部显示屏和按键间是一组微小开孔用于语音交互过程中声音通道。

所述一种基于生物钟的管家服务机器人，头部显示屏用于显示时间链-事务链标准作息模型，显示形式为环形钟的样式，从中心到外延的显示内容依次为时间、身体活力指数、事务布局时刻；胸部显示屏是一块液晶触摸屏，作为向导式交互功能，当用户向管家服务机器人查询想要了解的知识点时，按时间→事务→指南→知识点→导航→服务机构→连接任务机器人的层次化逐步展开功能菜单享受管家服务机器人提供的家庭事务指南，获取健康知识、养生产品、网上购物服务。

所述一种基于生物钟的管家服务机器人，在头部显示屏下依次排列着的四个按钮，分别为时间链按钮、事务链按钮、确认键按钮和否定键按钮；时间链按钮用于显示用户时间链粒度划分信息，粒度按时、日、周、月、季度、年模式循环显示，每按一次显示模式切换到下一种显示模式，默认按24小时粒度显示；事务链按钮用于显示用户事务链信息，按下该按钮，相应时间模式下的事务安排会以链表形式对应显示出来；确定按钮用于用户对事务的确认操作，如管家服务机器人在向用户推送事务时，用户通过按确认按钮选择同意该建议，或选择否定按钮取消管家服务机器人建议的行为或事务进而自己输入这个时间里正在进行的行为。

所述一种基于生物钟的管家服务机器人，内部还集成了一个智能音箱，提供语音交互，用户通过该智能音箱与管家服务机器人进行对话式交互，管家服务机器人通过内置的语音识别模块和算法，识别出用户语意后执行后续操作；同时管家服务机器人通过该设备向用户发送指令或提醒，建议用户进行相关家庭活动。

所述一种基于生物钟的管家服务机器人，所述智能音箱内部集成音色音调识别装置，用于通过声音识别用户身份，提供不同家庭成员个性化服务。

在本申请人看来，管家服务机器人是要管理家庭的。打个比方，家庭成员是董事会，管家服务机器人是总经理，它要执行董事会的指令，去安排，去规划，去指示功能性机器人（类似于保姆）去完成具体事情。它不是单一的功能性机器人（如扫地机、洗衣机等），也不是一两个家务机器人（如扫地、环境监测）的延伸，它是这些功能性机器人的管理者。管家服务机器人也不是一个简单的智能音箱控制一系列个人与家用软硬件设备，而是一个真正能够系统管理家庭主要事务的机器人。

从本发明的方案可以看出，本发明一种基于生物钟的管家服务机器人，依据生物钟理论和十二时辰理论将人类日常行为按时间粒度进行统筹安排，构建常规时间链-事务链作息模型，管家服务机器人（或功能机器人）通过人工智能方法感知学习用户行为数据，构建用户个性化健康作息模型；智能管家服务机器人将规范时间链-事务链作息模型，以智能推荐系统方式给出行为事务管理建议，并以定播报的形式推送给用户或功能机器人，提醒用户开展日常行为活动，引导培养用户养成科学的作息习惯，建立与地球自转相适应的人类生活节律、行为方式和家庭事务管理模式。

附图说明

图1是本发明外观模型示意图。

图2是本发明架构示意图。

图3是本发明的时间链-事务链构建示意图。

图4是情景推荐系统工作流程图。

图5是机器人头部显示屏显示效果。

图6是本发明管家服务机器人人机交互模块功能单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方法对本发明技术做进一步说明。

请参见图1-图6，一种基于生物钟的管家服务机器人，它是基于生物钟理论和人的一生中不同阶段的生理变化规律确定的“时间链-事务链”系统管理的管家服务机器人，它包括时间链和以及与其对应的事务链，每天以特定的时间链节点对应的事务链节点对应的事务，向使用者推送这些具体事务，并同时根据生物钟指示出该时间点禁止或不建议从事的事务。

如图1所示，本发明管家服务机器人为一款艺术造型的实体机器人，其外观为一个不倒翁的幽默大师，外部配置两块led显示屏、一排功能按键、语音通道微型孔。管家服务机器人底部有助动装置，使管家服务机器人可以跟着家庭成员移动，就像一个跟着主人的管家，随时接受主人的指令和执行任务；也可以自主导航巡视家庭安全，监测家庭门窗是否关好，防止外人未经家庭成员允许而进入家庭；还可以开关与监测各种电器、机器人、煤气、空气、火警、烟气等的状况，防止各类事故的发生。

如图2所示，本发明管家服务机器人功能架构，包括：

推荐知识数据库：用于存储基于生物钟节律理论和十二时辰养生理论等理论相关的知识、家庭生活中时间和事务如何分配管理等需求点以及与这些需求相关的产品信息特征的显示关联规则；

事务管理引擎模块：是管家服务机器人的核心部件，包括两部分推荐单元和匹配单元；

推荐单元用于将家庭生活中时间管理和事务安排，在生物钟节律理论和十二时辰养生理论约束下，制定符合人体生理规律的用于时间管理的时间链和用于事务管理的事务链，进而基于该时间链和事务链构建规范健康的作息模型，并通过人机交互模块推送给用户；

匹配单元用于从用户行为数据库中获取用户个性化家庭事务行为安排，并将该行为与推荐单元构建的作息模型进行对比，统计其差异性；

用户行为数据库：用于存储用户与管家服务机器人的交互行为，包括不执行作息模型建议行为而输入自主输入事务安排的行为、用户查询家庭事务管理的行为、用户按下功能键的行为等；

偏差评估模块：用于从匹配单元获取用户自主行为与规范作息模型的差异，进而构建差异矩阵，通过差异矩阵元素的加权计算得出用户目前生活方式潜在的风险值，并通过人机交互系统模块推送给用户，提醒用户及时调整作息行为；

人机交互系统模块：用于管家服务机器人和用户之间交互，管家服务机器人向用户推荐健康的作息建议、用户向管家服务机器人提交自己的日常行为、通过按键或语音功能与管家服务机器人交互查询健康知识或获取其他感兴趣的与家庭生活相关的知识。

如图3所示，本发明管家服务机器人时间链-事务链构建模型，包括：

以秒、分、刻、时、辰、日、周、月、季、年、节气、节日、生日、特殊日子、生肖轮回12年、一甲子60年、万年历等时间划分粒度，形成时间链；

推荐单元依赖显示的评分在特定时间链下的进行事务安排规划，例如睡眠行为在以日为时间粒度构建时间链的情况下，其行为可以发生在晚上8点、10点或凌晨1点，相应时间点对应的推荐评分为8分，10分，5分。其他行为安排类似，系统隐式推断给出评分，基于评分数据推荐单元推导出评分函数r对特定时间链下不同事务安排策略给出评分，取分值最高的安排策略构建与该时间链对应的事务链。评分函数定义为：

r:time*affairs*rhythm*health*scene→rating

其中time表示时间粒度，affairs表示需要安排的行为，rhythm、health、scene分别声明了与该策略相关的生物钟节律信息、十二时辰养身信息和情景信息；

进一步根据笛卡尔积定理：给定d1,d2,…，dn维度，定义笛卡尔积s=d1xd2x…xdn.此外，令rating表示所有可能评分值的有序集合，那么评分函数可被定义为空间d1xd2x…xdn上的函数

r:d1xd2x…xdn→rating

即定义一个推荐空间在time*affairs*rhythm*health*scene上的评分函数r，用于表示事务a∈affairs在生物中节律规范r∈rhythm、十二时辰养生规范h∈health、情景环境s∈scene等条件下安排在时间点t∈time时的适宜程度。

如图4所示，本发明生物钟的管家服务机器人中用到的情景推荐系统构建示意图，情境建模方法直接在推荐函数中把情境信息作为预测事务和时间匹配评分的显式因素来考虑。本方案中采取基于启发式建模技术，将事务与时间匹配度置于生物钟节律行为、十二时辰养生理论和不同场景多维约束推荐环境；

将基于相关评分加权和的传统最近邻启发式预测函数rt,a,r,h,c表示为

其中w(（t,a,r,h,s）,（t',a',r',h',s'）)描述评分rt’,a’,r’,h’,s’对于预测rt,a,r,h,s的权重，k是归一化因子。权重w(（t,a,r,h,s）,（t',a',r',h',s'）)通常是跟点（t,a,r,h,s）和点（t',a',r',h',s'）在多维空间的距离，即dist[（t,a,r,h,s）,（t',a',r',h',s'）]成反比。换句话说，两个点越近，rt',a',r',h',s'的权重越高。w取w(（t,a,r,h,s）,（t',a',r',h',s'）)=1/dist[（t,a,r,h,s）,（t',a',r',h',s'）]，距离度量dist采用降维方法定义一个多维dist函数，只考虑相同情景下的数据，即

这个距离函数使得rt,a,r,h,s仅依赖于具有相同时间值t的数据。所以在这种情况下，我们只用和被预测评分具有相同情境t的数据（t,a,r,h,s）评分作为依据，将评分函数降维处理。此外，如果我们进一步细化距离函数dist[（t,a,r,h,s）,（t',a',r',h',s'）]使其只依赖于当r=r',h=h',s=s'时事务之间的距离，那么我们将获得类似于预过滤方法。而且这种方法很容易扩展到任意一个多维的情况，只需要设定两个情境t相同的数据之间的距离dist[（t,a,r,h,s）,（t',a',r',h',s'）]即可。

如图5所示，本发明生物钟的管家服务机器人头部显示屏显示效果图，显示形式为环形钟样式，显示内容为推荐单元构建的时间链-事务链标准作息模型，从中心到外延的显示内容依次为时间、身体活力指数、事务时刻安排。

如图6所示，本发明管家服务机器人人机交互模块功能单元，包括：

显示屏：头部显示屏用于显示推荐单元构建的时间链-事务链标准作息模型，构建显示形式为环形钟的样式显示界面，从中心到外延的显示内容依次为时间、身体活力指数、事务布局时刻。胸部显示屏是一块液晶触摸屏，提供向导式交互功能，用户向管家服务机器人查询想要了解的知识点时，可以按时间→事务→指南→知识点→导航→服务机构→连接任务机器人的层次化逐步展开功能菜单享受管家服务机器人提供的家庭事务指南，获取健康知识、养生产品、网上购物等服务；

机械按键：在头部显示屏下，依次排列着4个按键，分别为时间链按钮、事务链按钮、确认键按钮和否定键按钮。时间链按钮用于显示用户时间链粒度划分信息，粒度按时、日、周、月、季度、年模式循环显示，每按一次按键显示模式切换到下一种，默认按24小时粒度显示；事务链按钮用于显示用户事务链信息，按下该键，相应时间模式下的事务安排会以链表形式对应显示出来；确定键按钮用于用户对事务的确认操作，如管家服务机器人在向用户推送事务时，用户可以通过按确认功能键选择同意该建议，或选择否定键按钮取消管家服务机器人建议的行为或事务进而自己输入这个时间里正在进行的行为；

智能音箱：管家服务机器人内部集成了一个智能音箱，提供语音交互功能。用户通过该设备与管家服务机器人进行对话式交互，管家服务机器人通过内置的语音识别模块和算法，识别出用户语意后执行后续操作。同时管家服务机器人通过该设备向用户发送指令或提醒，建议用户进行相关家庭活动。此外音箱内部集成音色音调识别装置，用于通过声音识别用户身份，同时结合用户行为多租户数据库模块，提供不同家庭成员个性化服务。

另外，与现有技术和已公开的专利技术，本发明还具有明显的不同或优势。

其一，本发明首次将生物钟理论运用到家庭事务管理中，结合人体生理指标进行事务行为的安排，力求正确的时间做正确的事。

其二，本发明打破以往家庭机器人碎片化管理模式，从系统级全方面管理家庭事务，管理行为涉及行为事务管理、娱乐生活管理、高质量睡眠管理，家庭资金管理等方面。

其三，本发明实现了管理模式的层次化，该发明的管家服务机器人，既可独立管理家庭事务，又可通过智能协同算法协调所控的功能机器人协同合作，共同管理家庭事务。

其四，本发明实现了机器人管理家庭事务的情景感知能力，在构建作息模型推荐系统时纳入了情景元素，自动感知时间、场景、用户身份功能。

其五，本发明细化了家庭成员管理，以往家庭机器人以模糊的家庭为单元进行事务管理和协助，本发明引入了多租户体系，实现了家庭成员粒度的管理，不仅可以从家庭角度统一管理，还可以识别家庭成员关系，构建家庭关系网，实现以家庭成员个体为单位的个性化管理。

其六，本发明面向未来设计，具有丰富的通信和联网能力，支持wifi6、5giot等先进无线通信技术，可以有线、无线多种通信方式连接未来智能家居设备。同时在元器件原型中考虑低功耗的特征，以绿色节能的方式运行。