一种轨道智能机器人检测系统及方法与流程

1.本发明涉及有轨隧道检测技术领域，更具体地，涉及一种轨道智能机器人检测系统及方法。


背景技术：

2.隧道的搭建是现代化大型城市交通发展的特色和发展方向，隧道工程在轨道交通中应用日益广泛，隧道工程一般多见于地铁、山区公路、城市道路等，是运输、客流的主要渠道，因此隧道工程检测是很重要的，隧道检测是确保地下隧道安全稳定运行的主要手段，目前传统的隧道检测方法主要依靠人工及少量环境监控器实现，但是由于隧道道路路程长，封闭性强，构造物多，通讯不便，一旦出现突发事故，将对巡检人员的人身安全造成极大的威胁，因此研发一种能对隧道内状况进行多方面检测的自动化检测系统十分重要。
3.现有技术存在如下几个缺点：(1)在检测设备上设置的传感器数量有限，无法对隧道内气体等状况进行全面检测；(2)检测设备铺设的轨道占用空间较大，没有利用隧道侧壁的空间；(3)检测设备在电量不足的情况下，无法进行自动充电续航，且在检测设备行驶轨道的两端未设置有效的撞击防护装置。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种轨道智能机器人检测系统及方法，该系统包括，
5.解决了桥梁支座在维护保养时替换滑板较慢或需要整体更换桥梁支座的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种轨道智能机器人检测系统，包括轨道，还包括检测机器人和设于其上的供电模块、控制模块、云台检测模块、以及气体检测模块，所述检测机器人可在所述轨道上滑动；
7.所述云台检测模块包括伺服电机、红外扫描仪、第一相机以及转动座，所述转动座固定安装于所述检测机器人，用于支撑所述红外扫描仪和所述第一相机转动，所述伺服电机用于驱动两者进行转动；
8.所述气体检测模块包括气体传感器和微型气泵，所述气体传感器用于检测隧道内有害气体的含量，所述微型气泵用于加速隧道内气体通过所述气体传感器；
9.所述控制模块上设有信号天线，所述控制模块用于接收云台检测模块和气体检测模块的检测信息，所述信号天线用于接发隧道检测平台的信息；
10.所述轨道上设有充电座，用于外接电源，所述供电模块可与所述充电座接触进行充电，所述供电模块用于为所述检测机器人供电。
11.进一步地，包括雷达探测模块，所述雷达探测模块上设有旋转电机和激光雷达，所述旋转电机用于驱动所述激光雷达转动，所述激光雷达用于激光扫描隧道内壁，所述激光雷达还与所述控制模块信号连通。
12.进一步地，包括摄像模块，所述摄像模块上设有角度调节座和第二相机，所述角度
调节座固定安装于所述检测机器人端部，所述摄像模块与所述角度调节座转动连接，后者用于调节所述摄像模块的角度和视野。
13.进一步地，其特征在于，所述供电模块包括充电片和电池组，两者电路连通，所述充电片内设有铁芯，所述充电座内设有电磁组，所述电磁组用于通电吸附所述充电片接触。
14.进一步地，所述轨道包括设于其端部的缓冲块，所述检测机器人的两端设有缓冲模块，所述缓冲模块用于与所述缓冲块接触变形从而吸收所述检测机器人的动能。
15.进一步地，所述检测机器人包括驱动轮和支撑轮，所述供电模块为所述驱动轮供电，所述驱动轮和所述支撑轮分别与所述轨道滚动连接。
16.进一步地，所述检测机器人包括距离记录仪，所述距离记录仪与所述支撑轮传动连接，用于感应所述支撑轮转动的行程距离。
17.进一步地，所述距离记录仪包括辅助轮和转动感应器，所述辅助轮与所述支撑轮传动连接，所述转动感应器与所述辅助轮传动连接，所述转动感应器与所述控制模块信号互通，用于感应所述支撑轮转动的形成距离并发送至所述控制模块。
18.进一步地，所述检测机器人包括机器人壳体、上限位板和下限位板，所述上限位板和所述下限位板，用于为所述检测机器人滑动时提供限位，所述机器人壳体用于为所述供电模块、所述控制模块以及所述气体检测模块提供防护。
19.按照本发明的另一个方面，提供一种基于上述的轨道智能机器人检测方法，包括以下步骤：
20.s100，驱动检测机器人沿隧道行驶，充电座上的电磁组断开通电，取消对充电片内的铁芯的吸附作用，控制模块接收到检测人员平台发送的检测指令或到达预设检测时间后，控制模块控制连通电池组与驱动轮的电路，驱动轮在挂载滑轨上开始滚动行驶，从而驱动检测机器人在轨道上行驶；
21.s200，对隧道进行检测，控制模块接收到检测人员平台发送的检测指令或到达预设检测时间时，控制模块控制启动云台检测模块、雷达探测模块、摄像模块、气体检测模块、定位装置以及距离记录仪，各个模块分别将红外扫描热成像信息、拍照图像、激光雷达扫描信息、检测机器人前端的高清摄像信息、气体检测信息以及行程信息发送至控制模块，控制模块接收信息后对其进行转换，然后由信号天线发送至隧道区段检测平台，供平台检测人员进行记录和判断；
22.s300，检测机器人到达轨道区段终点并返回，控制模块在收到隧道区段检测平台的返回信息，或根据定位装置和距离记录仪反馈行驶距离，判断将要接近轨道区段终点时，控制模块控制断开电池组与驱动轮的供电电路，检测机器人开始减速，到达轨道端头后，检测机器人前进端的缓冲模块接触轨道端部的缓冲块，两者接触变形的过程将检测机器人的动能吸收完毕使其完全停止，此时控制模块控制驱动轮恢复供电并反转，检测机器人由轨道末端驶向轨道充电座所在的一端；
23.s400，为检测机器人进行无线充电，控制模块在收到隧道区段检测平台的返回信息，或根据定位装置和距离记录仪反馈行驶距离，判断将要接近轨道区段接近充电座处时，控制模块控制断开电池组与驱动轮的供电电路，检测机器人开始减速，到达接近充电座处后，检测机器人返程前端的缓冲模块接触充电座，缓冲模块的变形过程将检测机器人的动能吸收完毕使其完全停止，此时充电座上的电磁组通电，对检测机器人端部充电片上的铁
芯产生磁吸力，检测机器人在磁吸力作用下靠近充电座，直到充电片接触充电座，与充电座上的外接电源连通，开始为检测机器人内的电池组进行充电。
24.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
25.1.本发明提供一种轨道智能机器人检测系统，包括设于隧道内壁的轨道，以及滑动连接于轨道的检测机器人，检测机器人上设有供电模块、缓冲模块、控制模块、云台监测模块、雷达探测模块、摄像模块、气体探测模块以及定位装置，可对隧道内进行多种检测，供电模块与轨道上的外接电源连接可对检测机器人进行自动充电，检测机器人上还设有距离记录仪来反馈检测机器人所处隧道位置，云台监测模块可以对隧道内部进行拍照和红外扫描，雷达探测模块可对隧道进行三维扫描，最终照片信息、红外扫描信息、三维扫描信息、位置信息、气体种类及含量信息都可通过信号天线反馈至隧道检测工作人员处，解决了轨道智能检测系统难以对全轨道区段进行自动、全面监测的问题。
26.2.本发明提供一种轨道智能机器人检测系统，包括距离记录仪和支撑轮，其中距离记录仪包括辅助轮和转动感应器，所述辅助轮与支撑轮传动连接，同时辅助轮还与转动感应器传动连接，转动感应器可将支撑轮的转动行程距离转化为电信号，由于支撑轮沿轨道滚动，因此通过其行程距离判断出检测机器人在隧道内的所在位置，有助于实现定位。
27.3.本发明提供一种轨道智能机器人检测系统，包括设于充电座上的电磁组，同时在充电片上设置铁芯，充电片设于检测机器人的端部，在检测机器人接近充电座后为电磁组通电，从而吸附铁芯，最终将充电片与充电座贴合，完成充电对接。
28.4.本发明提供一种轨道智能机器人检测系统，设有云台检测模块，采用伺服电机和转动座同轴心固定安装于机器人背板，云台壳体一端与伺服电机转轴进行轴连接，另一端与转动座转动连接，当伺服电机进行转动时，云台壳体发生角度转动，能对隧道截面的各个角度进行红外扫描和拍照，在云台壳体上还固定安装有红外扫描仪和第一相机，前者用于对隧道内部进行红外扫描，后者可以对隧道内壁进行拍照，通过扫描的热成像图形和拍照图形，可以分析地铁内壁是否有裂纹、漏水等现象，有助于检测人员及时排查隧道内存在的一些隐患。
29.5.本发明提供一种轨道智能机器人检测系统，设有雷达探测模块，其包括旋转电机和激光雷达，旋转电机固定安装于机器人背板，而激光雷达与旋转电机的机轴轴接，当检测机器人沿隧道内壁行驶时，旋转电机驱动激光雷达对隧道内壁进行三维激光扫描，该扫描结果有助于检测人员对内壁的结构、变形进行长期监测，也可以使用该数据进行隧道三维重构，防止隧道发生变形或损坏从而对隧道内交通造成危险。
30.6.本发明提供一种轨道智能机器人检测系统，包括甲烷传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器、二氧化硫传感器以及甲醛传感器等多个种类的传感器，且传感器传感头从机器人壳体上伸出，便于与隧道内空间接触，在检测机器人行驶过程中或停止轨道的某一位置时，上述传感器可以分别探知隧道内甲烷、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫以及甲醛的含量，然后通过控制模块或上传至隧道区段检测平台进行分析和判定，防止隧道内发生有害气体泄漏，对正常交通和人员造成威胁，还可以设置微型气泵用于在检测时提供动力抽取气体，可加快其检测速度。
附图说明
31.图1是本发明实施例一种轨道智能机器人检测系统的正视图；
32.图2是本发明实施例一种轨道智能机器人检测系统的局部放大图；
33.图3是本发明实施例一种轨道智能机器人检测系统的球冠组件的正视图；
34.图4是本发明实施例一种轨道智能机器人检测系统的球冠的正视图；
35.图5是本发明实施例一种轨道智能机器人检测系统的环形箍的俯视图；
36.图6是本发明实施例一种轨道智能机器人检测系统的环状锲块的侧视图；
37.图7是本发明实施例一种轨道智能机器人检测系统的环状锲块的正视图；
38.图8是本发明实施例一种轨道智能机器人检测系统更换滑板前顶升主梁的正视图；
39.图9是本发明实施例一种轨道智能机器人检测系统更换滑板前顶升主梁的局部图；
40.图10是本发明实施例一种轨道智能机器人检测方法的流程图。
41.在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1
‑
轨道、2
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检测机器人、3
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供电模块、4
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缓冲模块、5
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控制模块、6
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云台监测模块、7
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雷达探测模块、8
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摄像模块、9
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气体检测模块、11
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充电座、12
‑
缓冲块、13
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挂载滑轨、21
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驱动轮、22
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机器人壳体、23
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上限位板、24
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支撑轮、25
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机器人背板、26
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下限位板、27
‑
距离记录仪、31
‑
充电片、32
‑
电池组、51
‑
信号天线、61
‑
云台壳体、62
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伺服电机、63
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红外扫描仪、64
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第一相机、65
‑
转动座、71
‑
旋转电机、72
‑
激光雷达、81
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角度调节座、82
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第二相机、91
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气体传感器、92
‑
信号转化元件、241
‑
支撑轮基座、242
‑
滑轮、271
‑
辅助轮、272
‑
转动感应器。
具体实施方式
42.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
43.如图1
‑
图9所示，本发明提供一种轨道智能机器人检测系统，其包括设于隧道内壁的轨道1，以及滑动连接于轨道1的检测机器人2，所述检测机器人2上设有供电模块3、缓冲模块4、控制模块5、云台监测模块6、雷达探测模块7、摄像模块8以及气体探测模块9，检测机器人2通过在轨道1上滑动行驶到达隧道内不同的位置，然后通过上述模块对隧道内的状况进行记录和监测，其中，供电模块3与轨道1上的外接电源连接可对检测机器人2进行自动充电，然后检测机器人2上还设有距离记录仪27来反馈检测机器人2所处隧道位置，进一步地，云台监测模块6可以对隧道内部进行拍照和红外扫描，雷达探测模块7可对隧道进行三维扫描，最终照片信息、红外扫描信息和三维扫描信息都可通过信号天线51反馈至隧道检测工作人员处，以达到自动检测的目的，同时，检测机器人2上还设有气体检测模块9，该模块可以对隧道内的气体进行抽样检测，通过检测结果可以判断隧道内是否有气体管道泄漏或产生有害气体，通过自动行驶检测提高了检测效率，解决了轨道智能检测系统难以对全轨道区段进行全面监测的问题。
44.进一步地，如图1所示，所述轨道1包括充电座11、缓冲块12以及挂载滑轨13，其中
充电座11设置在轨道1区段的一端，可外接电源用于为所述检测机器人2进行充电，而缓冲块12设置于另一端，用于防止检测机器人2从轨道1端部滑出，充电座11和缓冲块12都固定安装在轨道1的表面，都具备缓冲防护作用，而挂载滑轨13固定安装于轨道1的背部，采用这种安装方式可以将检测机器人2直接挂载于挂载滑轨13上，有助于拆装检修，检测机器人2与挂载滑轨13滚动连接，前者可沿挂载滑轨13行驶至隧道的不同位置，本系统采用的轨道1可承载检测机器人2前往轨道1铺设的区段对隧道进行探查和监测。
45.进一步地，如图1
‑
图5所示，所述检测机器人2包括驱动轮21、机器人壳体22、上限位板23、支撑轮24、机器人背板25、下限位板26以及距离记录仪27，其中，机器人壳体22可拆卸安装于机器人背板25上，前者用于对机器人背板25上安装的其它模块进行保护，在机器人背板25上下两侧分别固定安装有上限位板23和下限位板26，两者都接近轨道1的上下两侧设置，但都与轨道1未发生接触，在检测机器人2行驶时用于限位，防止其从轨道1上滑脱，进一步地，所述驱动轮21固定安装于所述上限位板23上，驱动轮21与所述挂载滑轨13滚动连接，在电机的驱动下可沿其滚动，从而驱动检测机器人2行驶，优选地，可以设置两个或两个以上的驱动轮21，以提高检测机器人2的稳定性和承载能力，进一步地，在机器人背板25上还安装有多个支撑轮24，该支撑轮24设于轨道1表面和机器人背板25之间，可沿轨道1表面滚动，从而为检测机器人2提供支撑，所述驱动轮21和支撑轮24分别承担挂载导向和支撑的作用，为检测机器人2在隧道内行驶构建了良好的驱动和导向体系，在隧道过弯处驱动轮21和挂载滑轨13为其提供向心力，防止滑脱。进一步地，所述距离记录仪27固定安装于机器人背板25上，包括辅助轮271和转动感应器272，所述辅助轮271与支撑轮24传动连接，同时辅助轮271还与转动感应器272传动连接，转动感应器272可将支撑轮24的转动行程距离转化为电信号，由于支撑轮24沿轨道1滚动，因此通过其行程距离判断出检测机器人2在隧道内的所在位置，有助于实现定位。
46.进一步地，如图1
‑
图3所示，所述供电模块3包括充电片31和电池组32，其中，充电片31和缓冲模块4都固定安装于所述机器人背板25端部，且与电池组32电路连通，当充电片31连通外接电源时可为电池组32充电，进一步地，当检测机器人2行驶至充电座11处时，会提前进行减速，在充电片31与充电座11发生接触前，缓冲模块4先与充电座11发生接触，缓冲模块4可以采用弹性片配合弹簧使用，在弹性片变形和弹簧压缩过程中可以吸收检测机器人2的动能，保证充电片31与充电座11低速接触，防止发生剧烈碰撞造成损伤，优选地，在充电座11上可以设置电磁组，同时在充电片31上设置铁芯，在检测机器人2接近充电座11后为电磁组通电，从而吸附铁芯，最终将充电片31与充电座11贴合，完成充电对接。
47.进一步地，如图1、图2、图3以及图6所示，所述云台检测模块6包括云台壳体61、伺服电机62、红外扫描仪63、第一相机64以及转动座65，其中，所述伺服电机62和转动座65同轴心固定安装于所述机器人背板25，所述云台壳体61一端与伺服电机62转轴进行轴连接，另一端与所述转动座65转动连接，当伺服电机62进行转动时，云台壳体61发生角度转动，在云台壳体61上还固定安装有红外扫描仪63和第一相机64，前者用于对隧道内部进行红外扫描，后者可以对隧道内壁进行拍照，优选地，伺服电机62的转轴应平行于隧道底部设置，保证其带动云台壳体61转动时，能对隧道截面的各个角度进行红外扫描和拍照，进而在检测机器人2沿隧道行驶时能对隧道不同位置进行连续扫描和拍照，所述电池组32用于为伺服电机62、红外扫描仪63以及第一相机64供电，通过扫描的热成像图形和拍照图形，可以分析
地铁内壁是否有裂纹、漏水等现象，有助于检测人员及时排查隧道内存在的一些隐患。
48.进一步地，如图1、图2、图3以及图7所示，所述雷达探测模块7包括旋转电机71和激光雷达72，两者都通过电池组32供电，所述旋转电机71固定安装于机器人背板25，而激光雷达72与旋转电机71的机轴轴接，当检测机器人2沿隧道内壁行驶时，旋转电机71驱动激光雷达72对隧道内壁进行三维激光扫描，优选地，旋转电机71的轴线应指向隧道延伸方向设置，这样可以在行驶过程中对隧道除轨道1所在处以外的整个内壁进行激光扫描，该扫描结果有助于检测人员对内壁的结构、变形进行长期监测，也可以使用该数据进行隧道三维重构，防止隧道发生变形或损坏从而对隧道内交通造成危险。
49.进一步地，如图1
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图3、图8以及图9所示，所述摄像模块8和气体检测模块9都固定安装于所述机器人背板25，优选地，摄像模块8应安装于检测机器人2行驶的前端，便于提供良好的视野和角度，所述摄像模块8包括角度调节座81和第二相机82，其中，角度调节座81固定安装于机器人背板25上，所述第二相机82转动连接于角度调节座81上，可调节第二相机82向前的拍摄角度来调整其视野范围，第二相机82具备高清摄像功能，在检测机器人2沿轨道1行驶过程中，第二相机82可以拍摄记录隧道内状况，便于检测人员后续查找或根据实时拍摄状况进行急停和报警等操作。进一步地，所述气体检测模块9包括气体传感器91和信号转化元件92，其中气体传感器91可以设置多个种类，例如设置甲烷传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器、二氧化硫传感器以及甲醛传感器，上述传感器分别固定安装于机器人背板25上，且传感器传感头从机器人壳体2上伸出，便于与隧道内空间接触，在检测机器人2行驶过程中或停止轨道1的某一位置时，上述传感器可以分别探知隧道内甲烷、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫以及甲醛的含量，没个传感器上都连接设有信号转化元件92，该元件可以将传感器探测到的电信号发送至控制模块5，然后进行分析和判定，防止隧道内发生有害气体泄漏，对正常交通和人员造成威胁，优选地，所述气体传感器91还可以连通微型气泵，该气泵可以在气体传感器91检测时提供动力抽取气体，可加快其检测速度，所述电池组32为气体传感器91、信号转化元件92以及微型气泵供电。
50.进一步地，如图1
‑
图9所示，本系统还包括控制模块5，该模块固定安装于机器人背板25上，用于接收云台监测模块6、雷达探测模块7、摄像模块8以及气体检测模块9检测过程中反馈的传感信号和图像信息，在控制模块5上还设有定位装置和信号天线51，所述定位装置可将检测机器人2所处位置信息反馈至控制模块5，最终控制模块5可将传感信号、图像信息、位置信息、距离记录仪27的行程信息无线反馈至隧道区段检测的人工平台，检测人员可以在平台远程记录和判断从检测机器人2接收到的信息，并对隧道内裂纹、变形、漏水、漏气做出及时判断和处理，防止发生重大安全事故，控制模块5还可以通过电池组32的电余量判断是否足够支撑检测机器人2在隧道区段进行全程行驶和检测，如果判断电量不足，则可以控制检测机器人2上的驱动轮21驱动至充电座11处进行对接充电。
51.如图1
‑
图10所示，按照本发明的另一个方面，本发明提供一种轨道智能机器人检测系统的调节方法，具体包括：
52.s100，驱动检测机器人沿隧道行驶；
53.具体地，充电座11上的电磁组断开通电，取消对充电片31内的铁芯的吸附作用，控制模块5接收到检测人员平台发送的检测指令或到达预设检测时间后，控制模块5控制连通电池组32与驱动轮21的电路，驱动轮21在挂载滑轨13上开始滚动行驶，从而驱动检测机器
人2在轨道1上行驶。
54.s200，对隧道进行检测；
55.具体地，控制模块5接收到检测人员平台发送的检测指令或到达预设检测时间时，控制模块5控制启动云台检测模块6、雷达探测模块7、摄像模块8、气体检测模块9、定位装置以及距离记录仪27，各个模块分别将红外扫描热成像信息、拍照图像、激光雷达扫描信息、检测机器人2前端的高清摄像信息、气体检测信息以及行程信息发送至控制模块5，控制模块5接收信息后对其进行转换，然后由信号天线51发送至隧道区段检测平台，供平台检测人员进行记录和判断。
56.s300，检测机器人到达轨道区段终点并返回；
57.具体地，控制模块5在收到隧道区段检测平台的返回信息，或根据定位装置和距离记录仪27反馈行驶距离，判断将要接近轨道1区段终点时，控制模块5控制断开电池组32与驱动轮21的供电电路，检测机器人2开始减速，到达轨道1端头后，检测机器人2前进端的缓冲模块4接触轨道1端部的缓冲块12，两者接触变形的过程将检测机器人2的动能吸收完毕使其完全停止，此时控制模块5控制驱动轮21恢复供电并反转，检测机器人2由轨道1末端驶向轨道1充电座11所在的一端。
58.s400，为检测机器人进行无线充电；
59.具体地，控制模块5在收到隧道区段检测平台的返回信息，或根据定位装置和距离记录仪27反馈行驶距离，判断将要接近轨道1区段接近充电座11处时，控制模块5控制断开电池组32与驱动轮21的供电电路，检测机器人2开始减速，到达接近充电座11处后，检测机器人2返程前端的缓冲模块4接触充电座11，缓冲模块4的变形过程将检测机器人2的动能吸收完毕使其完全停止，此时充电座11上的电磁组通电，对检测机器人2端部充电片31上的铁芯产生磁吸力，检测机器人2在磁吸力作用下靠近充电座11，直到充电片31接触充电座11，与充电座11上的外接电源连通，开始为检测机器人2内的电池组32进行充电。
60.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。