具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

本公开提供一种用于提供恒力的恒力系统，如图1A所示，该恒力系统包括：施力构件1、控制器2以及设置于施力构件1的相对端的压力传感器3、抵接构件4。

在本公开中，施力构件1是抵接构件4的操作反作用的产生源，其中，抵接构件4用于与受力点抵接。施力构件1向抵接构件4施加作用力，从而使得抵接构件4以该作用力施加在受力点上。另外，施力构件1可以为驱动电机，还可以是以气体或液体作为传递动力的施力装置。抵接构件4可以为水压连动杆、气压联动杆等。

压力传感器3，与控制器2连接，用于将感应到的抵接构件与受力点之间的作用力转换为模拟电压信号并输出至控制器2；控制器2，与施力构件1连接，用于根据压力传感器3输出的模拟电压信号，控制施力构件1向抵接构件4施加恒定的预设作用力。

另外，为了使得恒定系统能够在防水、隔离、隔热、真空、消毒杀菌等特殊环境下使用，如图1B所示，在抵接构件4上可以设置有弹性元件41，以将施力点和受力点之间隔离或者是密封。优选地，弹性元件41可拆卸，这样，用户可以根据使用环境，选择是否在抵接构件4上安装弹性元件41。

下面针对上述控制器控制施力构件向抵接构件施加恒定的预设作用力的具体实施方式进行详细说明。具体来说，控制器可以通过图2中所示的S201～S204来控制施力构件向抵接构件施加恒定的预设作用力。

在S201中，将模拟电压信号转换为数字电压信号。

在本公开中，可以通过控制器中的AD转换器采集压力传感器输出的模拟电压信号，并将该模拟电压信号转换为数字电压信号。

示例地，AD转换器可以通过以下等式(1)将模拟电压信号转换为数字电压信号：

其中，U为数字电压信号对应的电压值，U_ref为AD转换器的参考电压；x为AD转换器的位数；A_AD为AD转换器采集到的模拟电压信号。

在S202中，在抵接构件上、与受力点抵接的位置处设置有弹性元件的情况下，获取弹性元件的形变量。

在本公开中，可以在抵接构件上设置有用于检测弹性元件的形变量的形变测量单元，这样，通过该形变测量单元即可获取到弹性元件的形变量。

在S203中，根据数字电压信号和形变量，确定施力构件向抵接构件施加的实际作用力。

在S204中，根据实际作用力和预设作用力，对施力构件进行PID控制，以使得施力构件向抵接构件施加的作用力达到并保持在预设作用力。

在上述技术方案中，同时根据数字电压信号和形变量来确定施力构件向抵接构件施加的实际作用力，可以保证确定出的实际作用力的准确度，进而实现施力构件的精准PID控制，使得施力构件向抵接构件施加的作用力达到并保持在预设作用力，从而可以使得抵接构件以预设作用力施加在受力点上，即可以保证恒力系统输出恒定的预设作用力，以满足需要恒力输出的作业需求。此外，恒力系统能够在防水、隔离、隔热、真空、消毒杀菌等特殊场景下使用。

下面针对上述S203中的根据数字电压信号和形变量，确定施力构件向抵接构件施加的实际作用力的具体实施方式进行详细说明。具体来说，可以通过以下步骤来实现：

首先，根据形变量，确定弹力补偿量；然后，根据数字电压信号和弹力补偿量，确定实际作用力。

示例地，可以根据形变量，通过以下等式(2)来确定弹力补偿量：

F_b＝K_A·D²+K_B·D+K_C (2)

其中，F_b为弹力补偿量；D为形变量；K_A、K_B、K_C均为常数。

示例地，可以根据数字电压信号和弹力补偿量，通过以下等式(3)来确定实际作用力：

F＝K_X·U+F_b (3)

其中，F为实际作用力；U为数字电压信号对应的电压值；K_X为常数。

另外，上述常数K_A、K_B、K_C可以通过以下方式来确定：

首先在施力行程的范围内选取等分的4个点，例如，施力行程为0～L(其中，L为弹性元件的最大形变量)，选取L/5、2L/5、3L/5、4L/5、L作为施力位置点。

然后，针对每一施力位置点：在该施力位置点处固定一个高精度的推拉力计，之后，将抵接构件推到该施力位置点，并分别对该施力位置点施加5个作用力F1、F2、F3、F4、F5，其中，F1、F2、F3、F4、F5均位于压力传感器的量程范围[Fmin，Fmax]内，且基本覆盖该范围，Fmin为施加在压力传感器上的最小压力，Fmax为施加在压力传感器上的最大压力；之后，分别将F1、F2、F3、F4、F5中的每一作用力代入关系式F＝K_F·U+B_F(其中，K_F、B_F均为常数)中，得到每一作用力对应的电压，即U1、U2、U3、U4、U5。这样，针对每一施力位置点，均可得到5个电压-压力对，即(U1，F1)、(U2，F2)、(U3，F3)、(U4，F4)、(U5，F5)。

示例地，施力位置点L/5对应的5个电压-压力对分别为(U11，F11)、(U12，F12)、(U13，F13)、(U14，F14)、(U15，F15)；施力位置点2L/5对应的5个电压-压力对分别为(U21，F21)、(U22，F22)、(U23，F23)、(U24，F24)、(U25，F25)；施力位置点3L/5对应的5个电压-压力对分别为(U31，F31)、(U32，F32)、(U33，F33)、(U34，F34)、(U35，F35)；施力位置点4L/5对应的5个电压-压力对分别为(U41，F41)、(U42，F42)、(U43，F43)、(U44，F44)、(U45，F45)；施力位置点L对应的5个电压-压力对分别为(U51，F51)、(U52，F52)、(U53，F53)、(U54，F54)、(U55，F55)。

接下来，针对每一施力位置点，以该施力位置点对应的5个电压-压力对为坐标点，进行直线拟合。

示例地，以施力位置点L/5对应的5个电压-压力对(U11，F11)、(U12，F12)、(U13，F13)、(U14，F14)、(U15，F15)为坐标点，进行直线拟合，得到F_1y＝K₁×U_1X+B₁；以施力位置点2L/5对应的5个电压-压力对(U21，F21)、(U22，F22)、(U23，F23)、(U24，F24)、(U25，F25)为坐标点，进行直线拟合，得到F_2y＝K₂×U_2X+B₂；以施力位置点3L/5对应的5个电压-压力对(U31，F31)、(U32，F32)、(U33，F33)、(U34，F34)、(U35，F35)为坐标点，进行直线拟合，得到F_3y＝K₃×U_3X+B₃；以施力位置点4L/5对应的5个电压-压力对(U41，F41)、(U42，F42)、(U43，F43)、(U44，F44)、(U45，F45)为坐标点，进行直线拟合，得到F_4y＝K₄×U_4X+B₄；以施力位置点L对应的5个电压-压力对(U51，F51)、(U52，F52)、(U53，F53)、(U54，F54)、(U55，F55)为坐标点，进行直线拟合，得到F_5y＝K₅×U_5X+B₅。

最后，以(L/5，B₁)、(2L/5，B₂)、(3L/5，B₃)、(4L/5，B₄)、(L，B₅)为坐标点，进行曲线拟合，得到F_b＝K_A·D²+K_B·D+K_C，其中，K_X为K₁、K₂、K₃、K₄、K₅的平均值。

另外，上述关系式F＝K_F·U+B_F可以通过以下方式得到：

首先，对压力传感施加恒定的最大压力Fmax，通过控制器中的AD转换器采集压力传感器输出的模拟电压信号，并将模拟电压信号转换为数字电压信号，得到该数字电压信号对应的最大电压值U_Fmax；同理，对压力传感施加恒定的最小压力Fmin，得到对应的最小电压值U_Fmin，从而可以得到2个电压-压力对(U_Fmin，Fmin)、(U_Fmax，Fmax)；然后以(U_Fmin，Fmin)、(U_Fmax，Fmax)为坐标点，进行直线拟合，得到F＝K_F·U+B_F。

下面针对上述S204中的根据实际作用力和预设作用力，对施力构件进行PID控制的具体实施方式进行详细说明。具体来说，首先，根据实际作用力和预设作用力，确定施力构件的占空比；然后，根据占空比，对施力构件进行PID控制。

在本公开中，在对施力构件进行PID控制前，需要进行PID参数自整定，其中，PID参数包括比例参数、积分参数以及微分参数，然后将整定后的PID参数输入到控制器中，之后，控制器利用整定好的PID参数对施力构件进行PID控制。由于PID参数自整定的具体方式属于本领域技术人员公知的，在本公开中不再赘述。

下面针对上述根据实际作用力和预设作用力，确定施力构件的占空比的具体实施方式进行详细说明。

在一种实施方式中，可以根据实际作用力和预设作用力，通过以下等式(4)确定施力构件的占空比：

其中，u(k)为施力构件的占空比；k为对施力构件向抵接构件施加的作用力的调节次数；e(k)为预设作用力与实际作用力的差值；e(k-1)为预设作用力与所述施力构件上一次向抵接构件施加的历史作用力的差值；K_P为PID参数中的比例参数；K_I为PID参数中的积分参数；K_D为PID参数中的微分参数。

在上述实施方式中，由于是采用自整定的PID参数进行施力构件的控制的，很容易出现超调问题，为此，可以为PID控制的积分参数施加一个积分系数。具体来说，在另一种实施方式中，可以根据实际作用力和预设作用力，确定PID控制的积分系数；根据实际作用力、预设作用力以及积分系数，确定施力构件的占空比。

示例地，可以根据实际作用力和预设作用力，通过以下等式(5)来确定PID控制的积分系数：

其中，K_A为积分系数；A、B和C均为常数。

示例地，可以根据实际作用力、预设作用力以及积分系数，通过以下等式(6)来确定施力构件的占空比：

此外，可以通过以下方式来确定上述常数A、B和C：

假设预设作用力为60％Fmax，依次取实际作用力为 针对该每一实际作用力，按照上述等式(4)中所示的计算占空比的方式，对施力构件进行PID控制，得到超调量Y1、Y2、……、Y10。

然后，以 为坐标点进行曲线拟合，得到K_A＝Ae²(k)+Be(k)+C。

另外，由于施力构件1处于活动的状态，其重力会作用在压力传感器3上，从而影响力控的精度，因此，上述恒力系统还可以包括角度传感器，该角度传感器用于采集其Z轴(即垂直于地面向上的轴)与施力构件1的重力线之间的夹角，其中，当施力构件1处于水平放置时，角度传感器的Z轴与施力构件1的重力线平行，此时，角度传感器检测到的夹角为零，而当施力构件1处于倾斜或者垂直于地面使用时，角度传感器的Z轴与施力构件1的重力线成角度η，即角度传感器检测到的夹角为η，则压力传感器3沿施力构件1轴向的受力Fx＝Fv×cosη，其中，Fv为施力构件1的重力。此时，可以根据实际作用力、预设作用力、压力传感器沿施力构件轴向的受力以及积分系数，来确定施力构件的占空比，从而提升施力构件PID控制的精度。

示例地，可以根据实际作用力、预设作用力、压力传感器沿施力构件轴向的受力以及积分系数，通过以下等式(7)来确定施力构件的占空比：

其中，e’(k)＝预设作用力－实际作用力+Fx；e’(k-1)＝预设作用力－施力构件上一次向抵接构件施加的历史作用力+Fx。

此外，上述方法还可以包括以下步骤：

在抵接构件上、与所述受力点抵接的位置处未设置弹性元件的情况下，根据数字电压信号，确定施力构件向抵接构件施加的实际作用力；根据实际作用力和预设作用力，对施力构件进行PID控制，以使得施力构件向抵接构件施加的作用力达到并保持在预设作用力。

示例地，可以根据数字电压信号，通过以下等式(8)来确定施力构件向抵接构件施加的实际作用力：

F＝K_F·U+B_F (8)

其中，F为实际作用力；U为数字电压信号对应的电压值；K_F、B_F均为常数。

为了进一步提升实际作用力的准确度，在上述S201将模拟电压信号转换为数字电压信号后，可以对其进行校准。具体来说，如图3所示，在S203之前，上述方法还包括S205。

在S205中，对数字压力信号进行校准。

示例地，可以通过以下等式(9)来对所述数字电压信号进行校准：

U'＝k'·U+b (9)

其中，U'为校准后所得的数字电压信号对应的电压值；U为数字电压信号对应的电压值；b、k'均为常数。

在对数字压力信号进行校准后，上述S204可以根据校准后所得的数字电压信号和形变量，确定施力构件向抵接构件施加的实际作用力。

基于同样的发明构思，本公开还提供一种施力构件控制装置。图4是根据一示例性实施例示出的一种施力构件控制装置的框图，其中，该装置400可以应用于控制器，施力构件的相对端分别设置有压力传感器和抵接构件，所述抵接构件用于与受力点抵接，所述压力传感器用于将感应到的所述抵接构件与所述受力点之间的作用力转换为模拟电压信号并输出至所述控制器。

如图4所示，该装置400包括：转换模块401，用于将所述模拟电压信号转换为数字电压信号；获取模块402，用于在所述抵接构件上、与所述受力点抵接的位置处设置有弹性元件的情况下，获取所述弹性元件的形变量；确定模块403，用于根据所述转换模块401得到的所述数字电压信号和所述获取模块402获取到的所述形变量，确定所述施力构件向所述抵接构件施加的实际作用力；控制模块404，用于根据所述确定模块403确定出的所述实际作用力和预设作用力，对所述施力构件进行PID控制，以使得所述施力构件向所述抵接构件施加的作用力达到并保持在所述预设作用力。

在上述技术方案中，同时根据数字电压信号和形变量来确定施力构件向抵接构件施加的实际作用力，可以保证确定出的实际作用力的准确度，进而实现施力构件的精准PID控制，使得施力构件向抵接构件施加的作用力达到并保持在预设作用力，从而可以使得抵接构件以预设作用力施加在受力点上，即可以保证恒力系统输出恒定的预设作用力，以满足需要恒力输出的作业需求。此外，恒力系统能够在防水、隔离、隔热、真空、消毒杀菌等特殊场景下使用。

可选地，所述确定模块403包括：第一确定子模块，用于根据所述形变量，确定弹力补偿量；第二确定子模块，用于根据所述数字电压信号和所述弹力补偿量，确定所述实际作用力。

可选地，所述第一确定子模块用于根据所述形变量，通过以上等式(2)来确定弹力补偿量；

所述第二确定子模块用于根据所述数字电压信号和所述弹力补偿量，通过以上等式(3)来确定所述实际作用力。

可选地，所述控制模块404包括：第三确定子模块，用于根据所述实际作用力和所述预设作用力，确定所述施力构件的占空比；控制子模块，用于根据所述占空比，对所述施力构件进行PID控制。

可选地，所述第三确定子模块包括：积分系数确定子模块，用于根据所述实际作用力和所述预设作用力，确定PID控制的积分系数；占空比确定子模块，用于根据所述实际作用力、所述预设作用力以及所述积分系数，确定所述施力构件的占空比。

可选地，所述积分系数确定子模块，用于根据所述实际作用力和所述预设作用力，通过以上等式(5)来确定PID控制的积分系数。

可选地，所述确定模块403还用于：在所述位置处未设置所述弹性元件的情况下，根据所述数字电压信号，确定所述施力构件向所述抵接构件施加的实际作用力；所述控制模块404还用于根据所述实际作用力和所述预设作用力，对所述施力构件进行PID控制，以使得所述施力构件向所述抵接构件施加的作用力达到并保持在所述预设作用力。

可选地，所述确定模块403用于根据所述数字电压信号，通过以上等式(9)来确定所述施力构件向所述抵接构件施加的实际作用力。

可选地，所述装置400还包括：校准模块，用于在所述确定模块403根据所述数字电压信号和所述形变量，确定所述施力构件向所述抵接构件施加的实际作用力之前，对所述数字压力信号进行校准；所述确定模块403用于根据校准后所得的数字电压信号和所述形变量，确定所述施力构件向所述抵接构件施加的实际作用力。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本公开还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本公开提供的上述施力构件控制方法的步骤。

图5是根据一示例性实施例示出的一种电子设备500的框图。如图5所示，该电子设备500可以包括：处理器501，存储器502。该电子设备500还可以包括多媒体组件503，输入/输出(I/O)接口504，以及通信组件505中的一者或多者。

其中，处理器501用于控制该电子设备500的整体操作，以完成上述的施力构件控制方法中的全部或部分步骤。存储器502用于存储各种类型的数据以支持在该电子设备500的操作，这些数据例如可以包括用于在该电子设备500上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器502可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件503可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器502或通过通信组件505发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口504为处理器501和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件505用于该电子设备500与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(Near FieldCommunication，简称NFC)，2G、3G、4G、NB-IOT、eMTC、或其他5G等等，或它们中的一种或几种的组合，在此不做限定。因此相应的该通信组件505可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块等等。

在一示例性实施例中，电子设备500可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的施力构件控制方法。

在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的施力构件控制方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器502，上述程序指令可由电子设备500的处理器501执行以完成上述的施力构件控制方法。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。