六自由度位姿测量方法及装置

摘要

本发明涉及位姿测量技术领域，具体而言，涉及一种六自由度位姿测量方法及装置。该六自由度位姿测量方法包括：将多个光源设置于第一平面且构成多边形，调整多个光源朝向二维PSD的敏感面。调制电路控制多个光源按预设规则依次发射光线。二维PSD依次接收多个光源发射的光线并转换为相应的电信号。信号采集处理电路根据发射光线的预设规则和接收的电信号获得二维PSD的敏感面相对第一平面的六自由度位姿信息或获得第一平面相对二维PSD的敏感面的六自由度位姿。该六自由度位姿测量方法及装置采用一片二维PSD实现六自由度位姿测量，节省二维PSD数量，简化系统设计。特别的，该六自由度位姿测量方法及装置可用于空间微重力主动隔振装置的六自由度位姿测量。

权利要求

1.一种六自由度位姿测量方法，其特征在于，所述方法包括：

将多个光源设置于第一平面且构成多边形，调整所述多个光源朝向二维PSD的敏感面；

与所述多个光源连接的调制电路控制所述多个光源按预设规则依次发射光线；

所述二维PSD依次接收所述多个光源发射的光线并转换为相应的电信号，并将所述电信号发送至与所述二维PSD连接的信号采集处理电路；

所述信号采集处理电路根据发射光线的预设规则和接收的电信号确定所述多个光源的位置和所述多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置；

所述信号采集处理电路根据所述多个光源的位置及所述多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置，获得所述二维PSD的敏感面相对所述第一平面的六自由度位姿或获得所述第一平面相对所述二维PSD的敏感面的六自由度位姿。

2.根据权利要求1所述的六自由度位姿测量方法，其特征在于，调整所述多个光源朝向二维PSD的敏感面的步骤包括：调整所述多个光源的俯仰角和朝向，使所述多个光源的光路交于距所述第一平面预设距离的顶点，所述二维PSD的敏感面位于所述顶点与第一平面之间。

3.根据权利要求2所述的六自由度位姿测量方法，其特征在于，所述多个光源的数量为三个，将所述多个光源设置于所述第一平面形成等边三角形，且使所述多个光源的光路两两正交于距所述第一平面预设距离的顶点。

4.根据权利要求3所述的六自由度位姿测量方法，其特征在于，所述信号采集处理电路根据发射光线的预设规则和接收的电信号确定所述多个光源的位置和所述多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置的步骤包括由所述信号采集处理电路执行的以下步骤：根据预存的发射光线的预设规则确定所述多个光源的位置；

根据接收的所述电信号获得任意两个光源在所述二维PSD的敏感面的投影之间的距离；

根据所述顶点的位置、多个光源的位置及任意两个光源在所述二维PSD的敏感面的投影之间的距离获得所述多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置；

或者，

根据接收的电信号获得所述多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置；

根据预存的发射光线的预设规则，结合所述顶点的位置和多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置，解算所述多个光源的位置。

5.根据权利要求4所述的六自由度位姿测量方法，其特征在于，所述信号采集处理电路根据所述多个光源的位置及所述多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置，获得所述二维PSD的敏感面相对所述第一平面的六自由度位姿或获得所述第一平面相对所述二维PSD的敏感面的六自由度位姿的步骤包括由所述信号采集处理电路执行的以下步骤：根据所述多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置，获得所述二维PSD的敏感面的法向量；

获得所述二维PSD的敏感面的法向量与所述第一平面所在坐标系三坐标轴的夹角；

获得所述多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影构成的三角形的重心位置，将所述重心的位置作为所述二维PSD的敏感面的位置；

其中，所述二维PSD的敏感面相对所述第一平面的六自由度位姿包括所述二维PSD的敏感面的位置和所述二维PSD的敏感面的法向量与所述第一平面所在坐标系三坐标轴的夹角；

或者，

根据所述多个光源的位置，获得所述第一平面的法向量；

获得所述第一平面的法向量与所述二维PSD的敏感面所在坐标系三坐标轴的夹角；

获得所述多个光源构成的三角形的重心位置，将所述重心的位置作为所述第一平面的位置；

其中，所述第一平面相对所述二维PSD的敏感面的六自由度位姿包括所述第一平面的位置和所述第一平面的法向量与所述二维PSD的敏感面所在坐标系三坐标轴的夹角。

6.根据权利要求1-5任一项所述的六自由度位姿测量方法，其特征在于，所述预设规则包括：控制所述多个光源以不同频率发射光线；

或控制所述多个光源以不同时序发射光线。

7.一种六自由度位姿测量装置，其特征在于，包括多个光源，与所述多个光源连接的调制电路、二维PSD和与所述二维PSD连接的信号采集处理电路；

所述多个光源设置于第一平面且构成多边形，且所述多个光源朝向二维PSD的敏感面；

所述调制电路用于控制所述多个光源按预设规则依次发射光线；

所述二维PSD用于依次接收所述多个光源发射的光线并转换为相应的电信号，并将所述电信号发送至所述信号采集处理电路；

所述信号采集处理电路用于根据发射光线的预设规则和接收的电信号确定所述多个光源的位置和所述多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置；

所述信号采集处理电路还用于根据所述多个光源的位置及所述多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置，获得所述二维PSD的敏感面相对所述第一平面的六自由度位姿或获得所述第一平面相对所述二维PSD的敏感面的六自由度位姿。

8.根据权利要求7所述的六自由度位姿测量装置，其特征在于，所述多个光源的光路交于距所述第一平面预设距离的顶点，所述二维PSD的敏感面位于所述顶点与第一平面之间。

9.根据权利要求8所述的六自由度位姿测量装置，其特征在于，所述多个光源的数量为三个，将所述多个光源设置于所述第一平面形成等边三角形，所述多个光源的光路两两正交于距所述第一平面预设距离的顶点。

说明书

六自由度位姿测量方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及位姿测量技术领域，具体而言，涉及一种六自由度位姿测量方法及装置。

背景技术

[0002] 在工程应用中，对于位姿信息的获取至关重要。近距离的精密位姿测量可以广泛应用于机器人控制、航空对接、跟踪制导等对准、位移和运动多个领域。常用位姿测量方法有视觉测量，激光测量，雷达测量等。

[0003] PSD即位置灵敏探测器(Position Sensitive Device)，适用于小位移高精度的测量。二维PSD通过入射光斑产生的电流，可以确定光斑在二维PSD的两维位置信息，但无法得到六自由度位姿，即三维位置和姿态。现有技术中，为了测量三维位置和姿态信息，一般采用多片二维PSD实现测量。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种六自由度位姿测量方法及装置，以解决上述问题。

[0005] 第一方面，本发明实施例提供了一种六自由度位姿测量方法，所述方法包括：

[0006] 将多个光源设置于第一平面且构成多边形，调整所述多个光源朝向二维PSD的敏感面；

[0007] 与所述多个光源连接的调制电路控制所述多个光源按预设规则依次发射光线；

[0008] 所述二维PSD依次接收所述多个光源发射的光线并转换为相应的电信号，并将所述电信号发送至与所述二维PSD连接的信号采集处理电路；

[0009] 所述信号采集处理电路根据发射光线的预设规则和接收的电信号确定所述多个光源的位置和所述多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置；

[0010] 所述信号采集处理电路根据所述多个光源的位置及所述多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置，获得所述二维PSD的敏感面相对所述第一平面的六自由度位姿信息或获得所述第一平面相对所述二维PSD的敏感面的六自由度位姿。

[0011] 本发明实施例提供的六自由度位姿测量方法，通过对一片二维PSD、多个光源的巧妙设置，及使用调制电路和信号采集处理电路分别进行控制和处理，实现测量六自由度位姿信息，减少了二维PSD数量，降低了成本和系统的复杂性，易于集成，扩展了二维PSD的应用范围。

[0012] 进一步地，调整所述多个光源朝向二维PSD的敏感面的步骤包括：

[0013] 调整所述多个光源的俯仰角和朝向，使所述多个光源的光路交于距所述第一平面预设距离的顶点，所述二维PSD的敏感面位于所述顶点与第一平面之间。

[0014] 进一步地，所述多个光源包括三个光源，将所述三个光源设置于所述第一平面形成等边三角形，且使所述三个光源的光路两两正交于距所述第一平面预设距离的顶点。

[0015] 进一步地，所述信号采集处理电路根据发射光线的预设规则和接收的电信号确定所述多个光源的位置和所述多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置的步骤包括由所述信号采集处理电路执行的以下步骤：

[0016] 根据预存的发射光线的预设规则确定所述三个光源的位置；

[0017] 根据接收的所述电信号获得任意两个光源在所述二维PSD的敏感面的投影之间的距离；

[0018] 根据所述顶点的位置、三个光源的位置及任意两个光源在所述二维PSD的敏感面的投影之间的距离获得所述三个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置；

[0019] 或者，

[0020] 根据接收的电信号获得所述三个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置；

[0021] 根据预存的发射光线的预设规则，结合所述顶点的位置和三个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置，解算所述三个光源的位置。

[0022] 进一步地，所述信号采集处理电路根据所述多个光源的位置及所述多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置，获得所述二维PSD的敏感面相对所述第一平面的六自由度位姿信息或获得所述第一平面相对所述二维PSD的敏感面的六自由度位姿的步骤包括由所述信号采集处理电路执行的以下步骤：

[0023] 根据所述三个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置，获得所述二维PSD的敏感面的法向量；

[0024] 获得所述二维PSD的敏感面的法向量与所述第一平面所在坐标系三坐标轴的夹角；

[0025] 获得所述三个光源在所述二维PSD的敏感面的投影构成的三角形的重心位置，将所述重心的位置作为所述二维PSD的敏感面的位置；

[0026] 其中，所述二维PSD的敏感面相对所述第一平面的六自由度位姿包括所述二维PSD的敏感面的位置和所述二维PSD的敏感面的法向量与所述第一平面所在坐标系三坐标轴的夹角；

[0027] 或者，

[0028] 根据所述三个光源的位置，获得所述第一平面的法向量；

[0029] 获得所述第一平面的法向量与所述二维PSD的敏感面所在坐标系三坐标轴的夹角；

[0030] 获得所述三个光源构成的三角形的重心位置，将所述重心的位置作为所述第一平面的位置；

[0031] 其中，所述第一平面相对所述二维PSD的敏感面的六自由度位姿包括所述第一平面的位置和所述第一平面的法向量与所述二维PSD的敏感面所在坐标系三坐标轴的夹角。

[0032] 进一步地，所述预设规则包括：

[0033] 控制所述多个光源以不同频率发射光线；

[0034] 或控制所述多个光源以不同时序发射光线。

[0035] 第二方面，本发明实施例还提供一种六自由度位姿测量装置，包括多个光源，与所述多个光源连接的调制电路、二维PSD和与所述二维PSD连接的信号采集处理电路；

[0036] 所述多个光源设置于第一平面且构成多边形，且所述多个光源朝向二维PSD的敏感面；

[0037] 所述调制电路用于控制所述多个光源按预设规则依次发射光线；

[0038] 所述二维PSD用于依次接收所述多个光源发射的光线并转换为相应的电信号，并将所述电信号发送至所述信号采集处理电路；

[0039] 所述信号采集处理电路用于根据发射光线的预设规则和接收的电信号确定所述多个光源的位置和所述多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置；

[0040] 所述信号采集处理电路还用于根据所述多个光源的位置及所述多个光源在所述二维PSD的敏感面的投影位置，获得所述二维PSD的敏感面相对所述第一平面的六自由度位姿信息或获得所述第一平面相对所述二维PSD的敏感面的六自由度位姿。

[0041] 本发明实施例提供的六自由度位姿测量装置，通过对一片二维PSD、多个光源的巧妙设置，及使用调制电路和信号采集处理电路分别进行控制和处理，实现测量六自由度位姿信息，减少了二维PSD数量，降低了成本和系统的复杂性，易于集成，扩展了二维PSD的应用范围。

[0042] 进一步地，所述多个光源的光路交于距所述第一平面预设距离的顶点，所述二维PSD的敏感面位于所述顶点与第一平面之间。

[0043] 进一步地，所述多个光源包括三个光源，将所述三个光源设置于所述第一平面形成等边三角形，所述三个光源的光路两两正交于距所述第一平面预设距离的顶点。

附图说明

[0044] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

[0045] 图1为本发明实施例提供的一种六自由度位姿测量方法的流程图；

[0046] 图2为本发明实施例提供的多个光源和二维PSD的应用场景示意图；

[0047] 图3为一实施方式中图1所示步骤S170包括的子步骤的示意图；

[0048] 图4为以本发明实施例提供的三个光源所在坐标系为参考坐标系的建模图；

[0049] 图5为一实施方式中图1所示步骤S170包括的另一子步骤的示意图；

[0050] 图6为以本发明实施例提供的二维PSD的敏感面所在坐标系为参考坐标系的建模图；

[0051] 图7为一实施方式中图1所示步骤S190包括的子步骤的示意图；

[0052] 图8为一实施方式中图1所示步骤S190包括的另一子步骤的示意图；

[0053] 图9为本发明实施例提供的六自由度位姿测量方法的一种应用场景示意图；

[0054] 图10为本发明实施例提供的一种六自由度位姿测量装置的方框示意图。

[0055] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：

[0056] 1-空间微重力主动隔振装置；20-浮子；30-定子；40-屏蔽罩；10-六自由度位姿测量装置；111-光源；113-调制电路；115-第一电源；11-发射端；151-二维PSD；153-信号采集处理电路；155-第二电源；15-接收端。

具体实施方式

[0057] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0058] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0059] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0060] 请参阅图1，是本发明实施例提供的一种六自由度位姿测量方法的流程图。下面将对图1所示的具体流程进行详细阐述。

[0061] 步骤S110：将多个光源111设置于第一平面且构成多边形，调整所述多个光源111朝向二维PSD151的敏感面。

[0062] 其中，所述第一平面为所述多个光源111所在的平面。所述光源111可以为发射光束的发光二极管、激光器、红外线发射器等。所述多个光源111的光路可以交于一点，也可以不交于一点。优选地，调整所述多个光源111的俯仰角和朝向，使所述多个光源111的光路交于距所述第一平面预设距离的顶点，所述二维PSD151的敏感面位于所述顶点与第一平面之间。所述预设距离根据所述二维PSD151的敏感面及多个光源111的设置等灵活决定的。

[0063] 为了简化计算，优选地，所述多个光源111包括三个光源111，将所述三个光源111设置于所述第一平面形成等边三角形，且使所述三个光源111的光路两两正交于距所述第一平面预设距离的顶点，如图2所示。图2中，三个光源111分别用A、B、C表示，顶点用D表示。A、B、C在所述二维PSD151的敏感面的投影分别为A’、B’、C’。则A、B、C、D构成正三棱锥，并且三角形ABD、ACD和BCD为等腰直角三角形。A’、B’、C’、D构成直角三棱锥，并且三角形A’B’D、A’C’D和B’C’D为直角三角形。

[0064] 步骤S130：调制电路113控制所述多个光源111按预设规则依次发射光线。

[0065] 所述调制电路113与所述多个光源111连接。优选地，所述预设规则可以是控制所述多个光源111以不同频率发射光线，或是控制所述多个光源111以不同时序发射光线，使同一时间仅有一个光源111发射光线。例如，当所述预设规则是控制所述多个光源111以不同时序发射光线，可以定义最小时间单位为△t，0-△t时间段内A发射光线，B、C不发射光线；△t-2△t时间段内A、B、C都不发射光线；2△t-3△t时间段内B发射光线，A、C不发射光线；3△t-4△t时间段内A、B、C都不发射光线；4△t-5△t时间段内C发射光线，A、B不发射光线；5△t-8△t时间段内A、B、C不发射光线。信号采集处理电路153可以根据时序确定不同时间所述二维PSD151接收的光源111采集的发光点位置对应哪个发光管。

[0066] 步骤S150：所述二维PSD151依次接收所述多个光源111发射的光线并转换为相应的电信号，并将所述电信号发送至信号采集处理电路153。

[0067] 步骤S170：所述信号采集处理电路153根据发射光线的预设规则和接收的电信号确定所述多个光源111的位置和所述多个光源111在所述二维PSD151的敏感面的投影位置。

[0068] 所述信号采集处理电路153与所述二维PSD151连接。所述信号采集处理电路153可以包括PSD前端处理单元、模数转换电路、数字信号处理单元。为了方便描述，以下仅以所述多个光源111为图2所示的三个光源111为例，进行说明。当所述多个光源111为四个及四个以上的光源111时，可以采用最小二乘法等冗余算法进行求解。

[0069] 当以所述三个光源111所在坐标系为参考坐标系时，步骤S170包括由所述信号采集处理电路153执行的子步骤S171、子步骤S173和子步骤S175，如图3所示。

[0070] 子步骤S171：根据预存的发射光线的预设规则确定所述三个光源111的位置。

[0071] 信号采集处理电路153可以预存三个光源111的位置，并根据发射光线的预设规则确定不同时间接收的电信号对应哪个光源111。

[0072] 子步骤S173：根据接收的所述电信号获得任意两个光源111在所述二维PSD151的敏感面的投影之间的距离。

[0073] 由于信号采集处理电路153只能获得A’、B’、C’在二维PSD151的敏感面的二维坐标，不能获得A’、B’、C’在参考坐标系的三维坐标。因此，这里只能根据A’、B’、C’在二维PSD151的敏感面的二维坐标获得A’B’、B’C’和A’C’的长度。

[0074] 子步骤S175：根据所述顶点的位置、三个光源111的位置及任意两个光源111在所述二维PSD151的敏感面的投影之间的距离获得所述三个光源111在所述二维PSD151的敏感面的投影位置。

[0075] 如图4所示，以所述三个光源111所在坐标系为参考坐标系。设三角形ABC的边长为l，A点的坐标为(0，0，0)，B点的坐标为(l，0，0)，C点的坐标为 D点的坐标为 则AD、BD、CD的长度等于 设
由三角形A’B’D、A’C’D和B’C’D为直角三角形可得：

[0076]

[0077] 由于A’B’、A’C’、B’C’和l的值已知，因此由上述的三个方程可以解算出三个未知量ka、kb、kc的值，根据比例关系 可以分别求出A’(xa，ya，za)、B’(xb，yb，zb)、C’(yc，yc，zc)三点的坐标。

[0078] 当以所述二维PSD151的敏感面所在坐标系为参考坐标系时，步骤S170包括由所述信号采集处理电路153执行的子步骤S177和子步骤S179，如图5所示。

[0079] 子步骤S177：根据接收的电信号获得所述三个光源111在所述二维PSD151的敏感面的投影位置。

[0080] 如图6所示，以所述二维PSD151的敏感面所在坐标系为参考坐标系。由于信号采集处理电路153可以获得A’、B’、C’在二维PSD151的敏感面的二维坐标。因此，信号采集处理电路153可以直接获得A’、B’、C’三点的三维坐标。

[0081] 子步骤S179：根据预存的发射光线的预设规则，结合所述顶点的位置和三个光源111在所述二维PSD151的敏感面的投影位置，解算所述三个光源111的位置。

[0082] 信号采集处理电路153可以根据发射光线的预设规则确定不同时间接收的电信号对应哪个光源111。将A’点的坐标记为(xa’，0，0)、B’点的坐标记为(xb’，0，0)、C’点的坐标记为(xc’，yc’，0)。设D点的坐标为(xd，yd，zd)，由三角形A’B’D、A’C’D和B’C’D为直角三角形可得：

[0083]

[0084] 由上述的三个方程可以解算出三个未知量xd，yd，zd的值，从而获得D点坐标。

[0085] 此外，还可以根据A’D、C’D和B’D所在的直线交于D点，及A’D、C’D和B’D所在的直线两两垂直，解算出D点的坐标。

[0086] 根据D、A’、B’、C’点的坐标可以分别求出A’D、C’D和B’D所在的直线的方程，结合三角形ABC的边长为l，AD、BD、CD的长度为 以及结合A在A’D所在的直线上，C在C’D所在的直线上，B在B’D所在的直线上，即可解算出A、B、C三点的坐标。

[0087] 步骤S190：所述信号采集处理电路153根据所述多个光源111的位置及所述多个光源111在所述二维PSD151的敏感面的投影位置，获得所述二维PSD151的敏感面相对所述第一平面的六自由度位姿信息或获得所述第一平面相对所述二维PSD151的敏感面的六自由度位姿。

[0088] 请参阅图7，步骤S190包括由所述信号采集处理电路153执行的子步骤S191、子步骤S193和子步骤S195。

[0089] 子步骤S191：根据所述三个光源111在所述二维PSD151的敏感面的投影位置，获得所述二维PSD151的敏感面的法向量。

[0090] 子步骤S193：获得所述二维PSD151的敏感面的法向量与所述第一平面所在坐标系三坐标轴的夹角。

[0091] 子步骤S195：获得所述三个光源111在所述二维PSD151的敏感面的投影构成的三角形的重心位置，将所述重心的位置作为所述二维PSD151的敏感面的位置。

[0092] 其中，所述二维PSD151的敏感面相对所述第一平面的六自由度位姿包括所述二维PSD151的敏感面的位置和所述二维PSD151的敏感面的法向量与所述第一平面所在坐标系三坐标轴的夹角。

[0093] 或者，请参阅图8，步骤S190包括由所述信号采集处理电路153执行的子步骤S197、子步骤S198和子步骤S199。

[0094] 子步骤S197：根据所述三个光源111的位置，获得所述第一平面的法向量。

[0095] 子步骤S198：获得所述第一平面的法向量与所述二维PSD151的敏感面所在坐标系三坐标轴的夹角。

[0096] 子步骤S199：获得所述三个光源111构成的三角形的重心位置，将所述重心的位置作为所述第一平面的位置。

[0097] 其中，所述第一平面相对所述二维PSD151的敏感面的六自由度位姿包括所述第一平面的位置和所述第一平面的法向量与所述二维PSD151的敏感面所在坐标系三坐标轴的夹角。

[0098] 该六自由度位姿测量方法可以广泛应用于机器人控制、航空对接、跟踪制导等对准、位移和运动多个领域。例如，如图9所示，将该六自由度位姿测量方法应用于测量空间微重力主动隔振装置1的浮子20和定子30的相对六自由度。所述二维PSD151的敏感面设置于所述定子30靠近所述浮子20的侧面。所述多个光源111设置于所述浮子20靠近所述定子30的侧面且构成多边形，且所述多个光源111朝向二维PSD151的敏感面。

[0099] 其中，空间微重力主动隔振装置1用于为微重力科学实验载荷提供高微重力环境。所述浮子20是科学实验载荷的支撑平台，用于为科学实验载荷提供高微重力。定子30固联在航天器上，通过脐带线为浮子20和载荷提供通讯和电接口。优选地，所述空间微重力主动隔振装置1还包括屏蔽罩40。所述屏蔽罩40罩设于所述浮子20外部，用于隔离航天器舱内的空气扰动和电磁辐射。在微重力控制过程中，需要对浮子20相对定子30的相对位移和姿态角进行位置保持控制，因此需要获得所述定子30相对所述浮子20的六自由度位姿信息或获得所述浮子20相对所述定子30的六自由度位姿。

[0100] 基于上述基础，请参阅图10，本发明实施例还提供一种六自由度位姿测量装置10。该六自由度位姿测量装置10包括多个光源111，与所述多个光源111连接的调制电路113、二维PSD151和与所述二维PSD151连接的信号采集处理电路153。

[0101] 优选地，所述六自由度位姿测量装置10还包括第一电源115和第二电源155。所述第一电源115与所述调制电路113电连接，所述第二电源155与所述信号采集处理电路153和二维PSD151分别电连接，所述第一电源115、调制电路113和多个光源111集成于一体形成所述六自由度位姿测量装置10的发射端11，所述第二电源155、信号采集处理电路153和二维PSD151集成于一体形成所述六自由度位姿测量装置10的接收端15。

[0102] 所述多个光源111设置于第一平面且构成多边形，且所述多个光源111朝向二维PSD151的敏感面。优选地，所述多个光源111的光路交于距所述第一平面预设距离的顶点，所述二维PSD151的敏感面位于所述顶点与第一平面之间。优选地，所述多个光源111包括三个光源111，将所述三个光源111设置于所述第一平面形成等边三角形，所述三个光源111的光路两两正交于距所述第一平面预设距离的顶点。

[0103] 所述调制电路113用于控制所述多个光源111按预设规则依次发射光线。

[0104] 所述二维PSD151用于依次接收所述多个光源111发射的光线并转换为相应的电信号，并将所述电信号发送至所述信号采集处理电路153。

[0105] 所述信号采集处理电路153用于根据发射光线的预设规则和接收的电信号确定所述多个光源111的位置和所述多个光源111在所述二维PSD151的敏感面的投影位置。

[0106] 所述信号采集处理电路153还用于根据所述多个光源111的位置及所述多个光源111在所述二维PSD151的敏感面的投影位置，获得所述二维PSD151的敏感面相对所述第一平面的六自由度位姿信息或获得所述第一平面相对所述二维PSD151的敏感面的六自由度位姿。

[0107] 应理解，由于本发明实施例提供的六自由度位姿测量装置10的原理与本发明实施例提供的六自由度位姿测量方法的原理类似，因此不再累述。

[0108] 本发明实施例提供的六自由度位姿测量方法及装置，通过对一片二维PSD151、多个光源111的巧妙设置，及使用调制电路113和信号采集处理电路153分别进行控制和处理，实现测量六自由度位姿信息，减少了二维PSD151数量，降低了成本和系统的复杂性，易于集成，扩展了二维PSD的应用范围。特别的，该六自由度位姿测量方法及装置可用于空间微重力主动隔振装置的六自由度位姿测量。

[0109] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。