CN114019031B - 力触觉系统主端操作机构及力触觉核电装备运维装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于力触觉系统领域，公开了一种力触觉系统主端操作机构，包括：三平移一转动力触觉并联机构平台，包括动平台、静平台和多条同构支链，多条同构支链对称布置，每条同构支链均通过转动副分别与动平台和静平台连接；轨迹生成机构，与所述三平移一转动力触觉并联机构平台的动平台串接；每条所述同构支链包括支撑连杆和平行四边形连杆，支撑连杆带动平行四边形连杆运动，从而使动平台相向或相背于静平台竖向运动，或者平行四边形连杆摆动使动平台相对于静平台周向转动。还公开了基于上述主端操作机构的核电装备运维装置，包括主端操作机构、力触觉虚拟现实系统、从端在线超声检测装置，主端操作机构控制检测装置，进行核电设备的检测与维护。

Description

力触觉系统主端操作机构及力触觉核电装备运维装置
技术领域
本发明属于力触觉系统领域，尤其涉及力触觉系统主端操作机构，以及基于该主端操作机构的应用于核电装备的运维装置。
背景技术
力触觉系统中，基于力触觉能够通过主端控制机构远程控制从端运动机构执行准确的运动，在很多场合具有广泛应用前景。目前的力触觉系统中，难点在于如何通过主端控制机构使从端运动机构精确执行各种相应的运动，尤其是既需要大幅度运动又需要精准性运动的时候，或者说多种运动同时执行的场合。
核电装备的检测就符合上述场景，核电站环境复杂，核辐射又会对人体产生不可逆的伤害，但是为保证核电站长期的安全运行，核电站关键部件又需要定期检测与维护，尤其对于反应堆压力容器、核主泵等一次回路关键部件，更是不容有失，一旦出现突发性的故障，危害难以估量，历史上多次核事故已给人们带来惨痛的教训。
现在对核主泵，采用的是现场原位检测，主要是实时检测核主泵法兰连接中空螺栓的疲劳失效、腐蚀、裂纹等缺陷。目前主要采用在线超声检测装置，装置由环形齿圈轨道、周向移动小车和检测组件组成；环形齿圈轨道环抱于核主泵泵体之上，环形齿圈轨道通过柔性夹紧装置固定于核主泵泵体；周向移动小车安装于环形齿圈轨道之上，通过齿轮与环形齿圈轨道相配合，可在轨道上周向移动；检测组件与周向移动小车相连接，跟随小车在轨道上移动，检测组件采用纵向多平行板嵌套结构，可沿周向、径向和轴向移动，检测组件上安装有带有超声探头的检测杆，检测杆与检测组件的相对运动实现检测杆在末端扫查检测时的自转和升降，进而实现检测杆与主泵法兰连接中空螺栓的对孔、进孔、扫查任务。
现场原位检测由于环境复杂，现场有着较多的管线等障碍物，仅通过视觉反馈难以对核电环境做出精准的判断，如果检测时间长，又容易对现场检测人员造成影响，从而对检测和维护产生影响，甚至对精密仪器造成损伤。在这种情况下，力反馈对检测系统尤为重要。如果能够采用合适的力触觉系统，则既能方便检测人员，还可能提高检测的精度，能够提高操作的准确率和效率。但是，现有的力触觉系统中，还没有能够直接用于核电装备的这种多种运动状态并存，且运动幅度和精度都满足要求的系统装置。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种力触觉系统主端操作机构及力触觉核电装备运维装置，采用力触觉系统的力触觉反馈功能和具有多种运动的机构平台的主端操作机构，能够辅助主端操作人员感知复杂环境的力反馈，实现复杂运动系统的主从端运动控制。
基于本发明的机构的核电装备运维装置采用本发明的主端操作机构，能够辅助操作人员感知核电环境与设备运行状态，并通过主端操作机构控制从端的检测机构，从而进行核电设备的检测与维护，能够避免人员辐射暴露危险，实现核心装备的实时检测，提高检测效率和准确率。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种力触觉系统主端操作机构，其特征在于，包括：
三平移一转动力触觉并联机构平台，包括动平台、静平台和多条同构支链，多条同构支链对称布置，每条同构支链均通过转动副分别与动平台和静平台连接；
轨迹生成机构，与所述三平移一转动力触觉并联机构平台的动平台串接；
每条所述同构支链包括一根支撑连杆和一个平行四边形连杆，支撑连杆一端连接固定于静平台的第一转动副Ri1，另一端由第二转动副Ri2与平行四边形连杆复合铰接，所述第二转动副Ri2设置在所述平行四边形连杆的一条边上或与该条边平行设置，与该条边平行的所述平行四边形连杆的对边上或与该对边平行设置有第三转动副Ri3，所述第二转动副Ri2和第三转动副Ri3的转轴与第一转动副Ri1的转轴平行，所述第一转动副Ri1的转轴与所述静平台平面平行；所述第三转动副Ri3通过第四转动副Ri4连接固定于动平台，第四转动副Ri4的转轴与第三转动副Ri3的转轴垂直，且第四转动副Ri4轴线与动平台的转轴轴线平行，所述第一转动副Ri1为驱动副，驱动支撑连杆带动平行四边形连杆运动，从而使动平台相向或相背于静平台竖向运动，或者各驱动副转角不同或者平行四边形连杆摆动使动平台相对于静平台周向转动；
所述轨迹生成机构在动平台上生成力触觉系统从端操作段的末端需求轨迹并输出。
所述动平台和静平台为上下平行平台，所述同构支链采用四条。
进一步，所述轨迹生成机构基于反演原理构建，通过构造力触觉系统从端操作段的输入点与输出点的反演关系，实现输入与输出点的轨迹对应关系。
所述轨迹生成机构采用八杆机构，输入点设为A，输出点设为C，所述八杆机构主要由一个风筝形连杆BECD和一个菱形连杆AECD耦合而成，设置AF为模拟从端驱动装置杆时，A、C两点为关于反演中心B的一组反演点，通过构造A点轨迹为过反演中心B点的圆，进而得到C点轨迹为垂直于连杆BF且不过反演中心B的直线。
进一步，所述第一转动副Ri1设置嵌套在静平台上，所述第四转动副Ri4对称阵列且垂直设置在动平台周边。
进一步，所述支撑连杆长度和平行四边形连杆各边的长度根据力触觉系统中从端操作段的需求能够通过机构运动学逆解得到。
一种基于上述的主端操作机构的力触觉核电装备运维装置，用于核主泵法兰螺栓的在线超声检测，其特征在于，包括：
主端操作机构、力触觉虚拟现实系统、从端在线超声检测装置；
所述从端在线超声检测装置由环形齿圈轨道、周向移动小车和检测组件组成；环形齿圈轨道环抱于核主泵泵体之上，环形齿圈轨道通过柔性夹紧装置固定于核主泵泵体；周向移动小车安装于环形齿圈轨道之上，通过齿轮与环形齿圈轨道相配合，可在轨道上周向移动；检测组件与周向移动小车相连接，跟随小车在轨道上移动，检测组件采用纵向多平行板嵌套结构，可沿周向、径向和轴向移动，检测组件上安装有带有超声探头的检测杆，检测杆与检测组件的相对运动实现检测杆在末端扫查检测时的自转和升降；
所述主端操作机构采用上述的主端操作机构，由三平移一转动力触觉并联机构平台和轨迹生成机构串接而成；三平移一转动力触觉并联机构平台由动平台、静平台和四条同构支链组成，能够实现折叠、伸展和转动，从而控制从端在线超声检测装置的检测组件在周向移动小车上的周向、径向和轴向移动，所述轨迹生成机构为使用反演原理构造的平面八杆六副直线轨迹生成机构，用于控制检测组件在执行在线超声扫查任务时，检测杆的末端扫查检测时的升降运动；
所述检测杆底端套装有六维力传感器，六维力传感器信号连接力触觉虚拟现实系统，系统控制器将六维力传感器在检测杆实际运动中测得的力、力矩进行转化，然后将转化后的力信息输出至主端操作机构的主端控制器；主端控制器在收到相应的信号后，控制主端操作机构运动阻滞，使主端操作人员感知所述检测杆的反馈力；主端操作人员给到的变化的位置信息传输至系统控制器，系统控制器进行主从端的比例映射转化，输出至从端控制器；从端控制器在收到信号后，控制从端在线超声检测装置进行相应动作，实现主从端的运动同步。
进一步，整个装置在超声扫查检测过程中，始终监测所述六维力传感器的力信号大小，如过大，立即用所述主端操作机构调整所述从端在线超声检测装置的位姿。
进一步，主端操作人员给到的位置信息包含主端操作机构的三自由度平移和一自由度转动；该位置信息通过编码器将信号传输至力触觉虚拟现实系统的系统控制器，系统控制器通过主从端的比例映射进行转化，输出至从端控制器，控制从端的运动。
进一步，从端的检测装置在运动过程中，安装在检测杆上的六维力传感器实时测量检测杆与被检测法兰连接中空螺栓的接触力和力矩，该力和力矩通过编码器将信号传输至系统控制器，系统控制器通过主从端的比例映射进行转化，输出至主端控制器，主端控制器在收到相应的信号后，控制端操作机构运动阻滞，使主端操作人员感知检测杆的反馈力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的力触觉系统主端操作机构通过动平台和静平台的相对运动，实现了三平移一转动并联机构，且与设置在动平台上的轨迹生成机构串接，能够应用于复杂运动任务下的力触觉主从端运动匹配问题，可提高力触觉装置主从端的位置、力再现精度和装置的可操作性。
2.利用本发明的力触觉系统主端操作机构，可以配合力触觉虚拟现实系统，使主端操作机构和从端检测装置自由度相等、方位特征集等同、结构异构运动等效，工作空间几何特征以一定的比例匹配映射。尤其对于细长狭窄孔区域的操作，本发明的力触觉系统应用良好。
3.本发明的核电装备运维装置，利用力触觉系统的力触觉反馈功能和具有多种运动的机构平台的主端操作机构，辅助主端操作人员感知核电环境与设备运行状态，并通过主端操作机构控制从端的检测机构，从而进行核电设备的检测与维护，能够避免人员辐射暴露危险，实现核心装备的实时检测，提高检测效率和准确率。
附图说明
图1为基于本发明的力触觉系统主端操作机构的系统方案示意图；
图2为本发明的主端操作机构简图；
图3为三平移一转动力触觉并联机构平台简图；
图4为每条同构支链结构示意图；
图5为三移一转动力触觉并联机构平台机构变化形态之一示意图；
图6为三平移一转动力触觉并联机构平台折叠状态示意图；
图7为三平移一转动力触觉并联机构平台伸展状态示意图；
图8为三平移一转动力触觉并联机构平台扭转状态示意图；
图9为三平移一转动力触觉并联机构平台工作空间示意图；
图10为直线轨迹生成机构机构简图；
图11为核主泵法兰连接中空螺栓在线超声从端检测装置安装在核主泵上的示意图；
图12核主泵法兰连接中空螺栓结构示意图；
图13为环形齿圈轨道结构示意图；
图14为检测组件结构示意图；
图15为检测组件机构简图；
图16为力触觉系统的主从控制系统示意图。
图中：1主端操作人员、2力触觉主端操作机构、3虚拟现实系统、4六维力传感器、5核主泵封头、6法兰连接中空螺栓、7环形齿圈轨道、8检测组件、9移动小车、10核主泵泵体、11核主泵法兰连接中空螺栓在线超声从端检测装置；
其中：201三平移一转动力触觉并联机构平台、202直线轨迹生成机构、2011动平台、2012同构支链、2013静平台、601法兰连接中空螺栓深长孔、701弧形分段齿圈、702快速拼接装置、703柔性夹紧装置、801检测杆、802框架升降组件、803外框组件、804检测杆自转组件、805框架径向移动组件、806框架周向移动组件、807检测杆升降组件、808接水盘。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明作具体阐述，需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
本发明提出一种力触觉系统主端操作机构，包括：三平移一转动力触觉并联机构平台，包括动平台、静平台和多条同构支链，多条同构支链对称布置，每条同构支链均通过转动副分别与动平台和静平台连接；
轨迹生成机构，与所述三平移一转动力触觉并联机构平台的动平台串接；
每条所述同构支链包括一根支撑连杆和一个平行四边形连杆，支撑连杆一端连接固定于静平台的第一转动副Ri1，另一端由第二转动副Ri2与平行四边形连杆复合铰接，所述第二转动副Ri2设置在所述平行四边形连杆的一条边上或与该条边平行设置，与该条边平行的所述平行四边形连杆的对边上或与该对边平行设置有第三转动副Ri3，所述第二转动副Ri2和第三转动副Ri3的转轴与第一转动副Ri1的转轴平行，所述第一转动副Ri1的转轴与所述静平台平面平行；所述第三转动副Ri3通过第四转动副Ri4连接固定于动平台，第四转动副Ri4的转轴与第三转动副Ri3的转轴垂直，且第四转动副Ri4轴线与动平台的转轴轴线平行，所述第一转动副Ri1为驱动副，驱动支撑连杆带动平行四边形连杆运动，从而使动平台相向或相背于静平台竖向运动，或者各驱动副转角不同或者平行四边形连杆摆动使动平台相对于静平台周向转动；
轨迹生成机构在动平台上生成力触觉系统从端操作段的末端需求轨迹并输出。
动平台和静平台为上下平行的平台，在初始原点位置时为平行的同心圆平台，所述同构支链采用四条。
轨迹生成机构基于反演原理构建，通过构造力触觉系统从端操作段的输入点与输出点的反演关系，实现输入与输出点的轨迹对应关系。轨迹生成机构采用八杆机构，输入点设为A，输出点设为C，所述八杆机构主要由一个风筝形连杆BECD和一个菱形连杆AECD耦合而成，设置AF为模拟从端驱动装置杆时，A、C两点为关于反演中心B的一组反演点，通过构造A点轨迹为过反演中心B点的圆，进而得到C点轨迹为垂直于连杆BF且不过反演中心B的直线。
第一转动副Ri1设置嵌套在静平台上，第四转动副Ri4对称阵列且垂直设置在动平台周边。
支撑连杆长度和平行四边形连杆各边的长度根据力触觉系统中从端操作段的需求能够通过机构运动学逆解得到。
基于上述的主端操作机构的核电装备运维装置，用于核主泵法兰螺栓的在线超声检测，其特征在于，包括：
主端操作机构、力触觉虚拟现实系统、从端在线超声检测装置；
所述从端在线超声检测装置由环形齿圈轨道、周向移动小车和检测组件组成；环形齿圈轨道环抱于核主泵泵体之上，环形齿圈轨道通过柔性夹紧装置固定于核主泵泵体；周向移动小车安装于环形齿圈轨道之上，通过齿轮与环形齿圈轨道相配合，可在轨道上周向移动；检测组件与周向移动小车相连接，跟随小车在轨道上移动，检测组件采用纵向多平行板嵌套结构，可沿周向、径向和轴向移动，检测组件上安装有带有超声探头的检测杆，检测杆与检测组件的相对运动实现检测杆在末端扫查检测时的自转和升降；
主端操作机构由三平移一转动力触觉并联机构平台和轨迹生成机构串接而成；三平移一转动力触觉并联机构平台由动平台、静平台和四条同构支链组成，能够实现折叠、伸展和转动，从而控制从端在线超声检测装置的检测组件在周向移动小车上的周向、径向和轴向移动，轨迹生成机构为使用反演原理构造的平面八杆六副直线轨迹生成机构，用于控制检测组件在执行在线超声扫查任务时，检测杆的末端扫查检测时的升降运动；
检测杆底端套装有六维力传感器，六维力传感器信号连接力触觉虚拟现实系统，系统控制器将六维力传感器在检测杆实际运动中测得的力、力矩进行转化，然后将转化后的力信息输出至主端操作机构的主端控制器；主端控制器在收到相应的信号后，控制主端操作机构运动阻滞，使主端操作人员感知所述检测杆的反馈力；主端操作人员给到的变化的位置信息传输至系统控制器，系统控制器进行主从端的比例映射转化，输出至从端控制器；从端控制器在收到信号后，控制从端在线超声检测装置进行相应动作，实现主从端的运动同步。
整个装置在超声扫查检测过程中，始终监测所述六维力传感器的力信号大小，如过大，立即用所述主端操作机构调整所述从端在线超声检测装置的位姿。
主端操作人员给到的位置信息包含主端操作机构的三自由度平移和一自由度转动；该位置信息通过编码器将信号传输至力触觉虚拟现实系统的系统控制器，系统控制器通过主从端的比例映射进行转化，输出至从端控制器，控制从端的运动。
从端的检测装置在运动过程中，安装在检测杆上的六维力传感器实时测量检测杆与被检测法兰连接中空螺栓的接触力和力矩，该力和力矩通过编码器将信号传输至系统控制器，系统控制器通过主从端的比例映射进行转化，输出至主端控制器，主端控制器在收到相应的信号后，控制端操作机构运动阻滞，使主端操作人员感知检测杆的反馈力。
如图1所示，整体力触觉系统包括力触觉主端操作机构2、虚拟现实系统3、核主泵法兰连接中空螺栓在线超声从端检测装置11。主从端装置的控制流程基本如下：主端操作人员1给力触觉主端操作机构2的位置信息经过虚拟现实系统3中的运动学仿真系统计算，反馈至核主泵法兰连接中空螺栓在线超声从端检测装置11，实现对核主泵法兰连接中空螺栓在线超声从端检测装置11的位置控制；核主泵法兰连接中空螺栓在线超声从端检测装置11通过六维力传感器4将测得的力、力矩信息经过虚拟现实系统3中的动力学仿真系统计算，反馈至力触觉主端操作机构2，进而使主端操作人员1能通过力触觉主端操作机构2感知从端检测探头的受力状态。
如图2所示，力触觉主端操作机构2为串并联力触觉两级运动匹配机构，包含主端三平移一转动力触觉并联机构平台201包括串接的三平移一转动力触觉并联机构平台动平台2011和直线轨迹生成机构202，用于解决复杂运动任务下的力触觉主从端运动匹配问题，可提高力触觉装置主从端的位置、力再现精度和装置的可操作性。
如图3所示，三平移一转动力触觉并联机构平台201结构可表示为4-HSOC{-Ri1||Ri2(-P(4R))||Ri3⊥Ri4-}，由静平台2013、动平台2011和连接两个平台的四条相同支链2012组成，四条支链2012对称分布。可实现三平移一转动的运动输出，用于控制检测组件8的空间位姿和检测杆801的转动。
如图4所示，每个支链2012由四个固定于静平台的转动副Ri1(i＝1,2,3,4)，转动副Ri2、Ri3，平行四边形连杆以及固定于动平台2011的转动副Ri4所构成，转动副Ri1作为机构的驱动副。
转动副Ri1的轴线均位于静平台2013上，且支链2012上平行四边形连杆与转动副Ri2、Ri3的轴线均平行，该三平移一转动力触觉并联机构平台201具有良好的纵向折叠和伸展能力，如图6、图7所示。转动副Ri4轴线与动平台2011的几何轴线平行，且支链2012上平行四边形连杆的位移增加动平台转角，该三平移一转动力触觉并联机构平台201具备良好的转动能力，如图8所示。
设定三平移一转动力触觉并联机构平台201上下平台的半径相同，机构驱动副Ri1转角为0≤θi1≤360°，可绘制机构的工作空间如图9所示，其工作空间光滑，对称性较好，具有较大轴向和径向尺度的柱状子工作空间。三平移一转动力触觉并联机构平台201工作空间特点：具有一定的周向工作空间，以匹配检测组件8的周向、径向运动；具有较大的竖向工作空间，以匹配检测组件8的轴向运动；在此工作空间中，具有一定转动能力，以匹配从端检测杆801转动。
如图10所示，直线轨迹生成机构202基于反演原理构建，通过构造输入点A与输出点C的反演关系，实现输入与输出点的轨迹对应关系。该直线轨迹生成机构202是八杆机构，其主结构由一个风筝形BECD和一个菱形AECD耦合而成，AF为驱动杆时，A、C两点为关于反演中心B的一组反演点，通过构造A点轨迹为过反演中心B点的圆，进而得到C点轨迹为垂直于机架BF且不过反演中心B的直线。直线轨迹生成机构202控制从端检测装置11在执行扫查任务时的检测杆801的升降运动。
如图11所示，核主泵法兰连接中空螺栓在线超声从端检测装置11由环形齿圈轨道7、检测组件8和周向移动小车9组成，环形齿圈轨道7环抱于核主泵泵体10之上，环形齿圈轨道7通过柔性夹紧装置703固定于核主泵泵体10之上；周向移动小车9安装于环形齿圈轨道7之上，并通过齿轮与环形齿圈轨道7相配合，可在轨道上周向移动；检测组件8与周向移动小车9相连接，跟随周向移动小车9在环形齿圈轨道7上移动，进而实现安装于检测组件8上的检测杆801与主泵法兰连接中空螺栓6的对孔、进孔、扫查任务。
如图13所示，环形齿圈轨道7由八段弧形分段齿圈701、快速拼接装置702和柔性夹紧装置703组成。八段弧形分段齿圈701通过快速拼接装置702拼接形成整段环形齿圈轨道7，并通过柔性夹紧装置703将环形齿圈轨道7固定于核主泵泵体10之上。弧形分段齿圈701的结构便于加工，并通过快速拼接装置702实现环形齿圈轨道7的快速拼接，简化了安装过程，提高操作效率。柔性夹紧装置703实现环形齿圈轨道7与核主泵泵体10的柔性接触，不损伤泵体的同时，便于调节齿圈的位姿、提供稳定支撑。
如图14所示，检测组件8采用纵向多平行板嵌套结构，实现多个运动机构的耦合，保证了运动的协调，同时使装置小型、轻量化，便于避开核主泵周围的复杂障碍物。检测组件8以外框组件803为基准，框架周向移动组件806、框架升降组件802与框架径向移动组件805安装于外框之上，用于实现检测组件8的周向、轴向和径向位姿调整；检测杆自转组件804和检测杆升降组件807用于实现检测杆801与外框组件803的相对运动，以满足扫查需求；接水盘808用于回收检测时残留的耦合剂，接水盘808与检测杆801之间采用唇形密封圈实现动密封。
如图15所示，检测组件8的机构简图，R1副为检测组件8绕核主泵泵体10的周向转动，P2副为检测组件8的径向移动，P3副为检测组件8的框架升降运动，P4副为检测杆801的升降运动，R5为检测杆801的自转运动，驱动R1及P2副可对检测杆801进行水平面内的位置调整，实现检测杆801与螺栓内孔的对准操作；驱动副P3可调整接水盘808高度，使其实现对超声耦合剂的良好收集以及躲避周围障碍物；检测杆801与螺栓连接中空螺栓深长孔601对准完毕后，驱动P4及R5副可实现检测杆801对法兰连接中空螺栓6的进孔和扫查。
如图16所示，该主从端异构力触觉系统的控制系统由主端至从端的位置控制和从端至主端的力控制组合而成，但其力控制与位置控制之间是相互独立的，故控制系统具有较高的透明度，简化了系统的控制难度，提高了控制精度。其中主端操作人员1给到的位置信息Xm包含力触觉主端操作机构2的三自由度平移和一自由度转动；该位置信息Xm通过主端机构的运动学进行计算，由编码器将信号传输至控制系统，进而通过主从端的比例映射kp进行转化，输出至从端控制器；从端控制器在收到相应信号后，控制从端检测装置11进行相应动作，实现主从端的运动同步；从端检测装置11实时给运动学仿真系统反馈控制起始位置信息Xe。同时控制从端检测装置11运动过程中，安装在检测杆801上的六维力传感器4可实时测量检测杆801与被检测法兰连接中空螺栓6的接触力和力矩，其中工作环境给到的实际力Fe包含从端检测装置11受到的力和力矩；该实际力Fe通过从端机构的动力学进行计算，由编码器将信号传输至控制系统，进而通过主从端的比例映射kf进行转化，输出至主端控制器；主端控制器在收到相应的信号后，通过力信息Fm控制力触觉主端操作机构2运动阻滞，使主端操作人员1感知检测杆801的反馈力。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围，本领域普通技术人员在所附权利要求范围内不需要创造性劳动就能做出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种力触觉系统主端操作机构，其特征在于，包括：
三平移一转动力触觉并联机构平台，包括动平台、静平台和多条同构支链，多条同构支链对称布置，每条同构支链均通过转动副分别与动平台和静平台连接；
轨迹生成机构，与所述三平移一转动力触觉并联机构平台的动平台串接；
每条所述同构支链包括一根支撑连杆和一个平行四边形连杆，支撑连杆一端连接固定于静平台的第一转动副Ri1，另一端由第二转动副Ri2与平行四边形连杆复合铰接，所述第二转动副Ri2设置在所述平行四边形连杆的一条边上或与该条边平行设置，与该条边平行的所述平行四边形连杆的对边上或与该对边平行设置有第三转动副Ri3，所述第二转动副Ri2和第三转动副Ri3的转轴与第一转动副Ri1的转轴平行，所述第一转动副Ri1的转轴与所述静平台平面平行；所述第三转动副Ri3通过第四转动副Ri4连接固定于动平台，第四转动副Ri4的转轴与第三转动副Ri3的转轴垂直，且第四转动副Ri4轴线与动平台的转轴轴线平行，所述第一转动副Ri1为驱动副，驱动支撑连杆带动平行四边形连杆运动，从而使动平台相向或相背于静平台竖向运动，或者各驱动副转角不同或者平行四边形连杆摆动使动平台相对于静平台周向转动；
所述轨迹生成机构在动平台上生成力触觉系统从端操作段的末端需求轨迹并输出；所述轨迹生成机构基于反演原理构建，通过构造力触觉系统从端操作段的输入点与输出点的反演关系，实现输入与输出点的轨迹对应关系；
所述轨迹生成机构采用八杆机构，输入点设为A，输出点设为C，所述八杆机构主要由一个风筝形连杆BECD和一个菱形连杆AECD耦合而成，设置AF为模拟从端驱动装置杆时，A、C两点为关于反演中心B的一组反演点，通过构造A点轨迹为过反演中心B点的圆，进而得到C点轨迹为垂直于连杆BF且不过反演中心B的直线。
2.如权利要求1所述的力触觉系统主端操作机构，其特征在于，所述动平台和静平台为上下平行的平台，在初始原点位置时为平行的同心圆平台，所述同构支链采用四条。
3.如权利要求1所述的力触觉系统主端操作机构，其特征在于，所述第一转动副Ri1设置嵌套在静平台上，所述第四转动副Ri4对称阵列且垂直设置在动平台周边。
4.如权利要求1所述的力触觉系统主端操作机构，其特征在于，所述支撑连杆长度和平行四边形连杆各边的长度根据力触觉系统中从端操作段的需求能够通过机构运动学逆解得到。
5.一种基于如权利要求1-4之一所述的力触觉系统主端操作机构的力触觉核电装备运维装置，用于核主泵法兰螺栓的在线超声检测，其特征在于，包括：
主端操作机构、力触觉虚拟现实系统、从端在线超声检测装置；
所述从端在线超声检测装置由环形齿圈轨道、周向移动小车和检测组件组成；环形齿圈轨道环抱于核主泵泵体之上，环形齿圈轨道通过柔性夹紧装置固定于核主泵泵体；周向移动小车安装于环形齿圈轨道之上，通过齿轮与环形齿圈轨道相配合，可在轨道上周向移动；检测组件与周向移动小车相连接，跟随小车在轨道上移动，检测组件采用纵向多平行板嵌套结构，可沿周向、径向和轴向移动，检测组件上安装有带有超声探头的检测杆，检测杆与检测组件的相对运动实现检测杆在末端扫查检测时的自转和升降；
所述主端操作机构采用如权利要求1-4之一所述的力触觉系统主端操作机构，由三平移一转动力触觉并联机构平台和轨迹生成机构串接而成；三平移一转动力触觉并联机构平台由动平台、静平台和四条同构支链组成，能够实现折叠、伸展和转动，从而控制从端在线超声检测装置的检测组件在周向移动小车上的周向、径向和轴向移动，所述轨迹生成机构为使用反演原理构造的平面八杆六副直线轨迹生成机构，用于控制检测组件在执行在线超声扫查任务时，检测杆的末端扫查检测时的升降运动；
所述检测杆底端套装有六维力传感器，六维力传感器信号连接力触觉虚拟现实系统，系统控制器将六维力传感器在检测杆实际运动中测得的力、力矩进行转化，然后将转化后的力信息输出至主端操作机构的主端控制器；主端控制器在收到相应的信号后，控制主端操作机构运动阻滞，使主端操作人员感知所述检测杆的反馈力；主端操作人员给到的变化的位置信息传输至系统控制器，系统控制器进行主从端的比例映射转化，输出至从端控制器；从端控制器在收到信号后，控制从端在线超声检测装置进行相应动作，实现主从端的运动同步。
6.如权利要求5所述的力触觉核电装备运维装置，其特征在于，整个装置在超声扫查检测过程中，始终监测所述六维力传感器的力信号大小，如过大，立即用所述主端操作机构调整所述从端在线超声检测装置的位姿。
7.如权利要求5所述的力触觉核电装备运维装置，其特征在于，主端操作人员给到的位置信息包含主端操作机构的三自由度平移和一自由度转动；该位置信息通过编码器将信号传输至力触觉虚拟现实系统的系统控制器，系统控制器通过主从端的比例映射进行转化，输出至从端控制器，控制从端的运动。
8.如权利要求5所述的力触觉核电装备运维装置，其特征在于，从端的检测装置在运动过程中，安装在检测杆上的六维力传感器实时测量检测杆与被检测法兰连接中空螺栓的接触力和力矩，该力和力矩通过编码器将信号传输至系统控制器，系统控制器通过主从端的比例映射进行转化，输出至主端控制器，主端控制器在收到相应的信号后，控制端操作机构运动阻滞，使主端操作人员感知检测杆的反馈力。
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