CN106461512B - 切割系统、包括该切割系统的用于获得植物材料样本的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种切割系统。本发明还涉及一种用于获得植物材料样本的系统和方法。该系统能够例如用于DNA分析，作为植物育种程序的一部分。根据本发明，切割系统包括切割装置，所述切割装置具有：中空切割元件，其具有面向待取样的植物叶片的切削刃；驱动单元，其用于使切割元件围绕所述切割元件的纵向轴线旋转，以切开所述叶片；和气流引导单元，其用于通过所述中空切割元件施加抽吸力。切割系统还包括控制单元，其用于控制所述驱动单元和所述气流引导单元。根据本发明，中空切割元件是细长的，并且控制单元构造成控制所述气流引导单元和所述驱动单元，使得在切开所述叶片期间、并且优选地至少在切开所述叶片之前施加抽吸力。

Description

切割系统、包括该切割系统的用于获得植物材料样本的系统 和方法

技术领域

本发明涉及一种切割系统。本发明还涉及一种用于获得植物材料样本的系统和方法。该系统能够例如应用在DNA分析中，作为植物育种程序的一部分。由US 7,980,148已知了该装置的一种示例。

背景技术

已知的装置使用冲压杆将样本从植物叶片中冲压出来。在冲压操作之前，叶片必须插入在冲压杆和支撑元件之间的开口中。需要支撑元件以避免叶片在冲压处理期间移动离开。

利用所述已知的装置，用户必须手动操纵该装置，以为了将叶片插入在限定于冲压杆和支撑元件之间的开口中。这阻碍了装置在全自动取样系统中的使用。

植物育种中增长的趋势是使用DNA取样，以使用来自相对年轻的植物(诸如秧苗)的样本来预测或者分析植物特性。这允许在早期阶段识别出感兴趣的或者期望的植物。这些植物然后可以用于进一步的杂交和选择步骤。

由WO 2010/130304已知由权利要求1的前序部分限定的切割系统。该系统包括切割装置，所述切割装置具有：带切削刃的中空切割元件；驱动单元，其用于使得切割元件围绕切割元件的纵向轴线旋转；和气流引导单元，其用于通过中空切割元件施加抽吸力。该系统还包括控制单元，以为了控制驱动单元和气流引导单元。

已知的切割系统用于自动分离脂肪组织与组织的其余部分。为此，将一片组织放置在底板形式的支撑件上。然后，切割装置放置在组织上方。这种装置包括套管，所述套管具有内柱塞，所述内柱塞向下移动，使得组织被压在柱塞和底板之间。替代地，可以在套管中产生气动压力，以将组织压抵在底板上。由于施加的压力，包含在组织中的脂肪组织将被向外按压通过底板和套管之间的间隙。此后，切割元件向下移动以接合组织，所述切割元件为同轴布置在套管周围的切割环形式。切割环旋转，以切割开组织，从而将脂肪组织与组织的其余部分分离开。在切掉脂肪组织之后，在套管中产生了减小的压力，用于将组织的其余部分保持在套管中，使得组织的其余部分能够被运送，以为了进一步处理。

手动取样用于DNA分析的植物因通常在植物育种处理中涉及大量植物而需要植物育种员付出巨大的努力。因此，期望的是使取样处理自动化。不幸的是，已经发现使用上述已知的系统不能实现这种自动化。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种允许以更加自动化的方式获得植物材料的样本的系统。更加特别地，本发明的目的是提供一种切割系统，所述切割系统能够在取样处理之前或者期间为植物取样，所述植物例如在传送带上运送。

根据第一方面，利用如下切割系统实现该目的，所述切割系统的特征在于中空切割元件是细长的，并且其特征在于控制单元构造成控制气流引导单元和驱动单元，使得通过中空切割元件施加抽吸力，以将植物的叶片吸引向所述中空切割元件；并且使得所述中空切割元件旋转以在保持抽吸力的同时切开所述叶片。

本申请人意识到的是，自动化地为大量植物取样的问题涉及由运送植物所导致的叶片移动。已知的装置需要植物的叶片插入在冲压杆或者柱塞和支撑元件之间的开口中。该处理非常难以自动化，即使是用于那些仅稍微移动的叶片。

根据本发明的切割系统允许通过中空切割元件的旋转来实现切割动作，而与此同时将抽吸力施加到待取样的叶片。抽吸力将叶片吸引向切割元件。结果，不再需要已知装置的支撑元件并且能够仅仅从植物的叶片的一侧通过相互作用来对植物取样。因为装置的操作不仅仅依赖于将叶片定位在相对窄的开口中，所以甚至能够在叶片移动的情况中使用所述装置。该系统因此能够应用在需要分析大量植物的应用中。

在切开叶片期间施加抽吸力。优选地，抽吸力是主导力，更加优选地为唯一力，从而在切割期间将叶片拉到切割元件上。为此，优选在切割之前施加抽吸力。

能够例如使用中空圆筒状体来形成中空切割元件，所述中空圆筒状体具有锋利的边缘。该中空切割元件能够由单种材料形成为一体。然而，不排除切削刃由不同材料形成的实施例。在这种实施例中，如果需要，能够优化用于切割动作的材料特性。

控制单元还可以构造成控制所述气流引导单元和所述驱动单元，以使所述中空切割元件旋转，以在使用抽吸力将所述叶片保持抽吸在所述中空切割元件上的同时切开叶片，并且使所述中空切割元件在其接合所述叶片之前旋转。

气流引导单元导致气体流动通过中空切割元件的内部。根据气流的方向，可以产生推动或者抽吸力。气流引导单元优选地构造成能够根据所需的动作产生推力和抽吸力两者。通过中空切割元件的推力能够用于推动切割的叶片的样本离开切割装置。因此，气流引导单元优选地用于在切割之前吸引叶片、并且在切割之后推动切割的样本离开。为此，气流引导单元可以包括：用于产生抽吸力的真空单元和/或用于产生推力的加压气体源。

气体引导单元还可以包括阀单元，所述阀单元允许在加压气体源和真空单元之间切换，以在施加抽吸力和施加推力之间改变。控制单元可以构造成控制阀单元或者能够手动地操作阀单元。在任意一种情况中，能够在切割之前选择抽吸力，然后在已经获得样本之后，抽吸力能够将样本保持附接到切割装置，而与此同时装置移动到容器。在此，能够选择施加推力，以将样本推动到容器中，用于进一步处理。

切割装置还可以包括细长的中空抽吸元件，所述细长的中空抽吸元件布置在中空切割元件内部，通过中空抽吸元件施加所述抽吸力。抽吸元件允许施加抽吸力以及待分离的切割元件的切割动作。在中空切割元件和中空抽吸元件同轴布置时并且在中空切割元件和中空抽吸元件沿着它们的纵向轴线相互移动的情况中这能够得以改善。例如，首先可以将叶片抽吸在抽吸元件上，在此之后切割元件移动，以为了接合以及切割叶片。在这种实施例中，能够仅仅在叶片被适当地抽吸在抽吸元件上时开始使得切割元件旋转。

切割装置还可以包括安装框架，中空切割元件和中空抽吸元件布置在所述安装框架上。中空抽吸元件优选地相对于安装框架旋转固定，并且中空切割元件优选地旋转安装在安装框架上。驱动单元可以布置成与中空切割元件间隔开。驱动单元和中空切割元件之间的诸如带的传动装置能够用于允许驱动单元转动中空切割元件。

切割装置可以包括第二驱动单元，所述第二驱动单元安装在安装框架上并且构造成使得中空切割元件沿着其纵向轴线相对于安装框架在第一自由位置和第二位置之间移动，在所述第一自由位置中其不能显著接合叶片，在所述第二位置中，中空切割元件能够接合叶片。例如，当切割装置定位成从上方接合叶片时，中空切割元件可以在第一位置中相对于抽吸元件向上布置，使得切割元件在叶片被抽吸在抽吸元件上时不会显著接合叶片。控制单元可以构造成控制第二驱动单元。例如，控制单元可以构造成首先控制气流引导单元以施加抽吸力，以将叶片吸引在中空抽吸元件上，然后控制第二驱动单元，以使得中空切割元件相对于中空抽吸元件从第一位置移动到第二位置，以为了接合已经抽吸在中空抽吸元件上的叶片并且切开叶片。以这种方式，能够在切割处理之前准确定位叶片，而同时又不会被叶片和切割元件之间的相互作用干扰。优选地，控制单元构造成控制驱动单元，以在中空切割元件抵达第二位置之前使中空切割元件旋转。这防止了切割元件和叶片之间的在相对低角速度条件下的摩擦力所导致的叶片与抽吸元件的脱离。

切割装置还可以包括第三驱动单元，所述第三驱动单元安装在安装框架上并且构造成使中空抽吸元件沿着其纵向轴线相对于安装框架移动。而且，控制单元可以构造成控制第三驱动单元。例如，控制单元可以构造成在已经切割叶片之后控制第三驱动单元，以使中空抽吸元件相对于中空切割元件移动、并且然后控制气流引导单元来施加推力，以便推动切割的叶片的样本离开装置。例如，可以向下定向切割元件和抽吸元件。在该情况中，抽吸元件可以相对于切割元件向下移动，使得抽吸元件的通过抽吸力将叶片的样本保持于其上的那一端移动离开切割元件。这允许将叶片的样本运送并存放在相对窄的开口中，诸如容器中。

在一个实施例中，切割装置还包括主体，所述主体具有腔，中空切割元件可旋转地接收在所述腔中。驱动单元连接到主体，并且包括输出轴，所述输出轴连接到中空切割元件。输出轴可以延伸通过中空切割元件。输出轴可以通过螺钉或类似物连接到中空切割元件，或者输出轴的连接可以完全基于摩擦。

在一个实施例中，气流引导单元包括导管，所述导管与中空切割元件流体连通。因此，气体可以在导管和中空切割元件内部之间流动。而且，主体可以包括开口，所述开口与腔流体连通并且导管连接到所述开口，其中，中空切割元件包括一个或者多个开口，以使得导管和中空切割元件之间流体连通。在其它实施例中，主体和/或中空切割元件可以在所述一个或者多个开口处或者附近处包括径向凹陷部，以限定腔室，所述腔室在中空切割元件周围延伸并且与所述导管流体连通。以这种方式，可以形成环状的腔室，所述环状的腔室允许导管和中空切割元件之间的流体联通，而不受中空切割元件在主体中的角位置的影响。

切割装置可以设置有支撑元件，所述支撑元件布置在切割元件的面向叶片的一端附近，并且具有垂直于纵向轴线的支撑表面，其中，支撑表面具有开口，中空切割元件延伸通过所述开口。支撑表面可以在切割处理期间支撑叶片。而且，支撑元件可以可调节地连接到主体，其中，能够调节主体和支撑元件之间的距离。以这种方式，能够调节中空切割元件的延伸通过支撑表面中的开口的那一部分的长度并且能够相对于例如待取样的叶片的厚度和/或强度进行优化。

为了防止切割的样本被抽吸通过中空切割元件，有利的是中空切割元件设置有多条分离的通道，所述多条分离通道形成在切削刃附近。位于分离的通道之间的壁防止或者至少很大程度地限制切割的样本完全进入到中空切割元件中的风险。

切割装置还可以包括压力传感器，以测量气流引导单元中的抽吸力的压力，其中，控制单元构造成在测量的压力下降到预定阈值之下时确定已经获得叶片的样本和/或叶片已经被抽吸到中空抽吸管上，其中，控制单元构造成依赖确定情况来控制中空切割元件和/或第二驱动单元。例如，在使用切割元件而同时没有上述抽吸元件的情况中，控制单元能够在切割之后压力增加的太高的情况下确定还没有适当地获得样本。这将表示切割元件的开口不再被叶片的样本堵塞。类似地，如果使用了抽吸元件和切割元件二者，则抽吸元件内部的压力表示抽吸元件的开口是否被叶片的样本堵塞。如果没有检测到压降，则系统可以再次试图从同一叶片获得样本，系统可以试图从同一植物的不同叶片获得样本、或者可以完全忽略该植物。

切割装置还可以包括压力传感器，以测量气流引导单元中的推力的压力，其中，控制单元构造成当在施加推力之后测量的压力没有下降到预定阈值之下时确定切割的样本堵塞了中空切割元件和/或中空抽吸管。如果没有检测到压降，则控制单元可以控制切割装置安装于其上的机械臂来移动到专用单元以清洁切割装置、或者控制单元可以产生针对用户的报警信号。同一压力传感器可以用于测量气流引导单元中的推力的压力和抽吸力的压力。

根据第二方面，利用用于获得植物材料的样本的系统实现了本发明的目的，所述系统包括机械臂、如上所述的切割系统，其中，切割装置安装在机械臂的端部上。该系统还包括：一个或者多个照相机，用于获得待取样的叶片的图像；图像处理单元，以处理获得的图像。切割装置的控制单元还可以构造成控制机械臂的移动。控制单元还可以构造成根据处理的图像来控制机械臂的方向和位置。

应当注意的是，切割系统的控制单元通常与切割装置分开。在上述用于获得植物材料的样本的系统中，能够使用单个控制单元，所述单个控制单元控制机械臂和切割装置两者。替代地，使用了包括不同的控制单元的控制系统，所述不同的控制单元相配合以提供相同的功能。

根据本发明的系统允许自动对大量的植物进行取样，原因在于其不依赖于潜在移动的叶片在支撑元件和切割元件之间的相对较窄的开口中的准确放置。

图像处理单元可以构造成获得关于待取样的叶片的位置和方向的信息并且确定机械臂的对应的所需位置和方向。通过使用更多的照相机或者为待取样的叶片描绘特征或者成像的其它构件，能够在三维空间中确定待取样的叶片的方向和位置。然后，能够使用该信息来控制机械臂和安装在机械臂上的切割装置。

如果切割装置包括如上所述的阀单元、并且如果能够例如以电子的方式控制该阀单元，则控制单元可以构造成首先控制阀单元以施加抽吸力，将机械臂移动到装置可以从植物获得样本的位置，并且控制驱动单元以使切割元件旋转，然后使机械臂移动离开所述位置并且施加推力，以推动切割的样本离开装置进入到容器中。应当注意的是，本发明并不排除这样的实施例，其中，在已经从叶片切割样本之后中空切割元件保持旋转，本发明也不排除这样的实施例，其中，在已经切割样本之后中空切割元件停止旋转。另外，施加抽吸力可能延迟实际的切割处理。阀单元还能够切换到中性状态，在所述中性状态中，没有将相当大的力施加到叶片。

根据第三方面，利用用于获得植物材料的样本的方法实现了本发明的目的，所述方法包括以下步骤：a)提供一种细长的中空切割元件；b)将切割元件定位在植物的叶片附近；c)通过细长的中空切割元件施加抽吸力，以将叶片吸引向细长的中空切割元件；和d)使中空切割元件旋转以切开叶片，而与此同时保持抽吸力。本发明的方法允许获得样本，而同时又不要求在叶片的两侧上实施动作。

中空抽吸元件可以布置在中空切割元件内部。在这种情况中，步骤c)可以包括通过中空抽吸元件施加抽吸力。作为附加方法或者替代方案，步骤d)可以包括使中空切割元件旋转以切开叶片，同时使用抽吸力保持将叶片抽吸到中空抽吸元件上。

中空切割元件可以首先定位在第一自由位置中，在所述第一自由位置中，中空切割元件不会显著接合已经抽吸在中空抽吸管上的叶片。在该情况中，步骤d)还可以包括使中空切割元件相对于中空抽吸元件从第一位置移动到第二位置，用于接合并切割叶片。

该方法还可以包括使中空抽吸元件相对于中空切割元件移动，以及将加压气体供应到中空抽吸元件用于产生推力，以便将切割的叶片的样本推动离开中空抽吸元件。

替代地，在没有中空抽吸元件的情况中，步骤d)可以包括使中空切割元件旋转以切开叶片，同时使用抽吸力将叶片保持抽吸在中空切割元件上。优选地，切割元件在其接合叶片之前旋转。

附图说明

接下来，将参照附图更加详细地描述本发明，其中：

图1示出了根据本发明的用于获得植物材料样本的系统的实施例；

图2示出了根据本发明的应用在图1的系统中的切割装置的实施例；

图3从不同视角示出了图2中的实施例；

图4示出了图2中的实施例的横截面；

图5示出了根据本发明的应用在图1的系统中的切割装置的其它实施例；

图6示出了图5的实施例的横截面；和

图7A至图7C示出了处于三个不同位置中的图5的实施例。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的系统100。所述系统包括切割装置110。所述系统连接到机械臂120，切割装置110安装在机械臂120上。采用真空源140和加压气体源150来分别获得抽吸力和推力。阀单元130用于在两种源之间切换。传感器160用于测量在切割装置110和阀单元130之间的导管170中的压力。

系统100还包括控制单元180，以控制机械臂120的操作、控制阀单元130的切换操作、以及控制切割装置110的驱动单元。

另外，系统100包括一个或者多个光学照相机190，由图像处理单元200处理从光学照相机190输出的图像。从图像处理单元200输出的图像被输出到控制单元180。

接下来将解释从叶片300获得样本的示例性操作。

首先，使用照相机190和图像处理单元200来确定叶片300的位置和方向。已知的校准技术可以用于将输出的图像与叶片300在实际空间中的位置和方向相关联。

接下来，控制单元180将控制机械臂120移动，使得切割装置110被带到适当的位置和方向，以便从叶片300切割样本。在切割样本之前，控制阀单元130，使得使用真空源140施加抽吸力或者保持施加抽吸力。在此时，压力传感器160可以监测导管170中的压力。如果该压力过低，则切割装置110的中空切割元件可能被堵塞。可以产生针对用户的相应报警信号以中断操作，或者控制单元可以首先控制机械臂120以在重复或者再次启动上述操作之前实施清理处理。

控制单元180将控制切割装置110的驱动单元，以确保包含在切割装置110中的中空切割元件开始旋转或者保持旋转。因此，中空切割元件将以高速旋转，例如，3000rpm至20000rpm，并且抽吸力将被同时施加到叶片300。控制单元180可以控制机械臂120移动向叶片300以开始切割处理，和/或叶片300将因施加到叶片上的抽吸力而移动到切割装置110。抽吸力还可以在切割元件开始旋转之前施加。

由于切割装置110的切割元件的相对锋利的切削刃的相对高转速，将从叶片300切割样本。该切割的样本将在抽吸力的影响下附接到中空切割元件的壁部分。

作为下一个步骤，控制单元180将控制机械臂120，使得切割装置110被带到其能够存放切割样本的位置。同时，控制单元180可以控制切割装置110的驱动单元，以使中空切割元件的旋转运动停止，尽管这不是必须的。

一旦位于适当的位置中，例如处于容器上方，控制单元180将控制阀单元130，以将加压气体源150连接到切割装置110。结果，推力将施加在切割的样本上。因此，切割的样本将被推动离开切割装置110，例如进入到容器中。

可以使用压力传感器170检测在阀单元130和切割装置110之间的导管170中的压力。如果在预定时间之后导管170中的压力没有低于预定阈值，则可以认为切割的样本保持堵塞了中空切割元件。结果，控制单元180可以控制机械臂120，以允许切割装置110被清理。可以从同一叶片或者从同一植物的不同叶片上切割新的样本。替代地，完全忽略讨论中的植物。

在推开切割的样本之后，可以处理新的植物。

根据需要，一个或多个照相机可以进一步构造成捕获对应于待处理的植物的标识物。例如，可以提供条形码或者其它形式的标记，以识别待描绘特征的植物。使用该信息，控制单元180可以控制机械臂120、切割装置110和阀单元130，以对应于捕获的标识物将切割的样本存放在适当容器中。

在图2中，示出了能够应用在图1的系统中的切割装置1的第一实施例。切割装置1包括安装凸缘2，所述安装凸缘2是主体3的一部分。这个凸缘可以用于将装置1连接到机械臂120。驱动单元4固定连接到主体3，所述驱动单元4驱动中空切割元件5。支撑元件6安装到主体3。支撑元件6提供了用于待取样的叶片7的支撑表面6A。

装置1可以用于从叶片7切割样本8，从而在叶片7中留下了开口9。为了将叶片7吸引向中空切割元件5，可以使用连接到装置1的入口10的真空器施加抽吸力。在此，入口10能够使用如图1所示的导管170连接到阀单元130。真空器将在中空切割元件5内部被引导向叶片7。

如图2和3所示，主体3还包括安装臂11和接收块体12，其中，安装臂11布置在安装凸缘2和接收块体12之间。中空切割元件5可旋转地接收在接收块体12中。螺钉13用于将接收块体12固定连接到驱动单元4，见图3。驱动单元4可以包括对应的孔14，以容纳螺钉13。类似地，安装螺钉15用于将安装臂11固定连接到接收块体12。另外，螺钉16可以用于将支撑元件6固定连接到接收块体12。如图2所示，中空切割元件5延伸通过支撑表面6A的开口。能够通过松开螺钉16来调节中空切割元件5的延伸通过开口的那部分的长度，所述螺钉16布置在支撑元件6的狭槽6B中。一旦被松开，则支撑元件6能够在沿着中空切割元件5的纵向轴线的方向上移动。

如图4所示，中空切割元件5在其切削刃18附近包括多条分开的通道17。布置在中空切割元件5中的壁部分19防止或者妨碍切割的样本进入到中空切割元件5中太远。

接收块体12包括开口20，导管21连接到所述开口20。在对应位置处，中空切割元件5包括径向凹陷部22和径向开口23。结果，形成了环状的腔室24，所述环状的腔室24与导管21流体连通并且通过开口23与中空切割元件5的内部流体连通。

通过逐渐减小中空切割元件5的壁厚直到实现期望的锐度来形成中空切割元件5的切削刃18。可以使用不同材料形成中空切割元件5的该部分，该部分固定连接到中空切割元件5的其余部分。然而，中空切割元件5可以由诸如不锈钢的单种材料形成为一体。

驱动单元4包括输出轴25，所述输出轴25使用摩擦连接，以与中空切割元件5相联。附加地或者替代地，可以使用将输出轴25联接到中空切割元件5的不同构件，诸如螺钉或类似物。

在图2至图4示出的切割装置的实施例中，中空切割元件5优选地在叶片7被抽吸到切割元件5上之前旋转。如将在下文解释的那样，下述实施例可以处于本发明的范围内，其中，中空切割元件将在已经使用抽吸力吸引叶片之后开始旋转。

图5至图7示出了根据本发明的切割装置的第二实施例。这个实施例包括安装框架50，所述安装框架50包括安装凸缘52，切割装置能够通过所述安装凸缘52安装到机械臂上。图5中示出的切割装置包括中空切割元件55，所述中空切割元件55相对于安装框架50旋转安装。能够由驱动单元54经由传动装置80驱动中空切割元件55。

中空切割元件55相对于中空抽吸元件81同轴安装。弹性构件96安装在中空抽吸元件81的端部处，见图6。该元件连接到入口82，以使得能够控制中空抽吸元件81内部的压力。中空抽吸元件81连接到气压缸84的活塞杆83，见图6。活塞杆83连接到活塞85，所述活塞85可移动地布置在压力室93中。通过改变活塞85上方和/或下方的压力，活塞杆83能够向下移动或者向上移动。如图5所示，气压缸84是包括两个入口86、87以控制活塞杆83的延伸和收回行程的双向作用缸。

中空抽吸元件81可移动地布置在中空切割元件55内部。更加特别地，当由气压缸84致动时，中空抽吸元件能够在中空切割元件55内部上下平移。另一方面，安装框架50包括导杆88，托架89能够沿着所述导杆88滑动。中空切割元件55旋转安装到托架89，而驱动单元54固定连接到托架89。切割装置还包括具有两个入口91、92的第二双向作用气压缸90，用于控制托架89的移动。当由缸90致动时，托架89能够上下平移。同时，中空切割元件55将相对于中空抽吸元件81平移。

图7A至图7C示出了切割装置的各种构造。图7A示出了切割装置的启动构造，在所述启动构造中，中空切割元件55处于第一位置中，在所述第一位置中，中空切割元件不会显著接合叶片95。在这个位置中，中空抽吸元件81和中空切割元件55均处于它们的收回位置中。为了将叶片95吸引到中空抽吸元件81上，在入口82处施加真空。接下来，加压气体相对于入口92被供应到入口91，以为了使托架89和安装在托架中的中空切割元件55从第一位置移动到第二位置，在所述第二位置中，中空切割元件55能够接合叶片95，见图7B。在各位置之间移动之前或者期间，由驱动单元54致动中空切割元件55，优选地以如下方式致动中空切割元件55，使得中空切割元件55在接合叶片95之前实现操作转速。

在已经切割了叶片95之后，通过将加压气体相对于入口91施加到入口92使得中空切割元件55可以再次向上移动。同时，驱动单元54可以停止驱动中空切割元件55。优选地，每当中空切割元件55处于接合叶片95的位置中时，中空切割元件55以操作转速操作。

切割装置通常安装到机械臂上。视觉系统能够用于确定切割装置的适当位置，以便如结合图1描述的那样切割叶片95的样本95’。当完成该切割处理时，机械臂必须移动到不同位置，在所述不同位置中，样本能够被输送用于进一步的处理。在一些情况中，样本必须存放在窄长容器中。这可以因切割元件55的外部尺寸而复杂化。为了解决这个问题，加压气体可以相对于入口87供应到入口86。结果，活塞杆83和连接到活塞杆的中空抽吸元件81将向下移动，见图7C。在这个时间期间，真空仍然被施加到入口82，使得获得的样本95’保持抵靠在中空抽吸元件81的端部上。一旦定位在用于存放样本的适当位置处，则加压气体能够被供应到入口82，以推动样本离开中空抽吸元件81。此后，加压气体能够相对于入口86供应到入口87，以为了使中空抽吸元件81向上移动，以返回到图7A的构造。

本发明并不局限于待处理的叶片的光学特征。可以使用其它构件用作位置和方向捕获单元。类似地，图像处理单元可以由普通的位置和方向确定单元替代。

另外，本发明并不局限于通过从叶片切掉样本来分析植物。其它植物部分可以用于相同目的，只要这些部分足够轻并且具有弹性，以使用抽吸力吸引。

本领域技术人员应当明白的是，属于不同实施例的特征可以组合以形成新型的或者修改的实施例。本领域技术人员还应当理解的是，能够对本发明的实施例作出各种修改而不偏离由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (36)

1.一种切割系统，包括：

切割装置(110)，所述切割装置具有：

中空切割元件(5)，所述中空切割元件具有切削刃(18)；

驱动单元(4)，所述驱动单元用于使所述中空切割元件(5)围绕所述中空切割元件的纵向轴线旋转；和

气流引导单元，所述气流引导单元用于通过所述中空切割元件(5)施加抽吸力；

控制单元(180)，所述控制单元用于控制所述驱动单元(4)和所述气流引导单元；

其特征在于，所述中空切割元件是细长的并且所述控制单元(180)构造成控制所述气流引导单元和所述驱动单元(4)，使得：

通过所述中空切割元件(5)施加抽吸力，以将植物的叶片吸引向所述中空切割元件(5)；

使所述中空切割元件(5)旋转以在维持所述抽吸力的同时切开所述叶片。

2.根据权利要求1所述的切割系统，其中，所述控制单元(180)还构造成控制所述气流引导单元和所述驱动单元(4)，以使所述中空切割元件(5)旋转以在使用抽吸力将所述叶片保持抽吸在所述中空切割元件(5)上的同时切开叶片，并且使所述中空切割元件(5)在其接合所述叶片之前旋转。

3.根据权利要求2所述的切割系统，其中，所述气流引导单元还构造成通过所述中空切割元件(5)施加推力，以便推动切割的叶片的样本离开所述切割装置(110)。

4.根据权利要求3所述的切割系统，其中，所述气流引导单元包括用于产生所述抽吸力的真空单元和用于产生所述推力的加压气体源(150)。

5.根据权利要求4所述的切割系统，其中，所述气流引导单元包括阀单元(130)，所述阀单元允许在所述加压气体源(150)和所述真空单元之间切换，以在施加抽吸力和施加推力之间改变，其中，所述控制单元(180)构造成控制所述阀单元(130)，或者其中，能够手动地操作所述阀单元(130)。

6.根据权利要求3所述的切割系统，所述切割装置(110)还包括细长的中空抽吸元件(81)，所述细长的中空抽吸元件布置在所述中空切割元件(5)内部，通过所述细长的中空抽吸元件施加所述抽吸力。

7.根据权利要求6所述的切割系统，其中，所述中空切割元件(5)和所述中空抽吸元件(81)同轴地布置，并且其中，所述中空切割元件(5)和所述中空抽吸元件(81)能够沿着它们的纵向轴线相互移动。

8.根据权利要求6所述的切割系统，其中，所述切割装置(110)还包括安装框架(50)，所述中空切割元件(5)和所述中空抽吸元件(81)布置在所述安装框架上。

9.根据权利要求8所述的切割系统，其中，所述中空抽吸元件(81)相对于所述安装框架(50)旋转固定，并且其中，所述中空切割元件(5)旋转安装在所述安装框架(50)上。

10.根据权利要求9所述的切割系统，其中，所述驱动单元(4)布置成与所述中空切割元件(5)间隔开，所述切割装置(110)还包括传动装置(80)，所述传动装置位于所述驱动单元(4)和所述中空切割元件(5)之间，以允许所述驱动单元(4)转动所述中空切割元件(5)。

11.根据权利要求8所述的切割系统，所述切割装置(110)还包括第二驱动单元，所述第二驱动单元安装在所述安装框架(50)上并且构造成使所述中空切割元件(5)沿着其纵向轴线相对于所述安装框架(50)在第一自由位置和第二位置之间移动，在所述第一自由位置中，所述中空切割元件不接合所述叶片，在所述第二位置中，所述中空切割元件接合所述叶片。

12.根据权利要求11所述的切割系统，其中，所述控制单元(180)构造成控制所述第二驱动单元，并且其中，所述控制单元(180)构造成首先控制所述气流引导单元来施加所述抽吸力，以将所述叶片吸引到所述中空抽吸元件(81)上，然后控制所述第二驱动单元(54)，以使所述中空切割元件(5)相对于所述中空抽吸元件(81)从所述第一自由位置移动到所述第二位置，以接合已经被抽吸到所述中空抽吸元件(81)上的所述叶片并且切开所述叶片。

13.根据权利要求12所述的切割系统，其中，所述控制单元(180)构造成控制所述驱动单元(4)，以在所述中空切割元件(5)抵达所述第二位置之前使所述中空切割元件(5)开始旋转。

14.根据权利要求8所述的切割系统，其中，所述切割装置(110)还包括第三驱动单元，所述第三驱动单元安装在所述安装框架(50)上并且构造成使得所述中空抽吸元件(81)沿着其纵向轴线相对于所述安装框架(50)移动。

15.根据权利要求14所述的切割系统，其中，所述控制单元(180)构造成控制所述第三驱动单元，并且其中，所述控制单元(180)构造成在所述叶片已经被切割之后控制所述第三驱动单元，以使所述中空抽吸元件(81)相对于所述中空切割元件(5)移动，并且然后控制所述气流引导单元来施加所述推力，以便推动切割的叶片的样本离开所述切割装置。

16.根据权利要求1所述的切割系统，其中，所述切割装置(110)还包括主体(3)，所述主体具有腔，所述中空切割元件(5)能够被旋转地接收在所述腔中，所述驱动单元(4)连接到所述主体(3)，并且其中，所述驱动单元(4)包括输出轴(25)，所述输出轴连接到所述中空切割元件(5)。

17.根据权利要求16所述的切割系统，其中，所述输出轴(25)延伸通过所述中空切割元件(5)。

18.根据权利要求16所述的切割系统，其中，所述气流引导单元包括导管(170)，所述导管与所述中空切割元件(5)流体连通。

19.根据权利要求18所述的切割系统，其中，所述主体(3)包括开口，所述主体的开口与所述腔流体连通，并且所述导管(170)连接到所述主体的开口，其中，所述中空切割元件(5)包括一个或者多个开口，以使得所述导管(170)和所述中空切割元件(5)之间能够流体连通。

20.根据权利要求19所述的切割系统，其中，所述主体(3)和/或所述中空切割元件(5)在所述中空切割元件的所述一个或者多个开口处或者附近包括径向凹陷部(22)，用于限定腔室(24)，所述腔室围绕所述中空切割元件(5)延伸并且所述腔室与所述导管(170)流体连通。

21.根据权利要求16所述的切割系统，其中，所述切割装置(110)还包括支撑元件(6)，所述支撑元件布置在所述切割元件(5)面向所述叶片的一端附近，并且所述支撑元件具有垂直于所述纵向轴线的支撑表面(6A)，所述支撑表面(6A)具有开口，所述中空切割元件延伸通过所述支撑表面的开口。

22.根据权利要求21所述的切割系统，其中，所述支撑元件(6)能够调节地连接到所述主体(3)，其中，能够调节所述主体(3)和所述支撑元件(6)之间的距离。

23.根据权利要求1所述的切割系统，其中，所述中空切割元件(5)包括多个分开的通道(17)，所述多个分开的通道形成在切削刃(18)附近。

24.根据权利要求11所述的切割系统，其中，所述切割装置(110)还包括压力传感器(160)，以测量所述气流引导单元中的与抽吸力相关的压力，其中，所述控制单元(180)构造成在测量的压力下降到预定阈值之下时确定已经获得叶片的样本和/或确定叶片已经被抽吸到所述中空抽吸元件上，其中，所述控制单元(180)构造成根据所确定的情况来控制所述中空切割元件(5)和/或所述第二驱动单元。

25.根据权利要求6所述的切割系统，其中，所述切割装置(110)还包括压力传感器(160)，以测量所述气流引导单元中的与所述推力相关的压力，其中，所述控制单元(180)构造成当在施加所述推力之后测量的所述压力没有下降到预定阈值之下时确定切割的样本堵塞所述中空切割元件(5)和/或所述中空抽吸元件。

26.根据权利要求24所述的切割系统，其中，测量所述气流引导单元中的与抽吸力相关的压力的所述压力传感器(160)还用来测量所述气流引导单元中的与所述推力相关的压力。

27.根据权利要求10所述的切割系统，其中，所述传动装置(80)为带。

28.一种用于获得植物材料的样本的系统，包括：

机械臂(120)；

根据权利要求1-4和6-27中的任意一项所述的切割系统，其中，所述切割装置(110)安装在所述机械臂(120)的端部上；

一个或者多个照相机(190)，所述照相机用于获得待取样的叶片的图像；

图像处理单元(200)，所述图像处理单元处理获得的图像；

其中，所述切割装置(110)的所述控制单元(180)还构造成控制所述机械臂(120)的移动；

其中，所述控制单元(180)构造成根据处理的图像来控制所述机械臂(120)的方向和位置。

29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述图像处理单元(200)构造成获得关于待取样的所述叶片的位置和方向的信息并且确定所述机械臂(120)的对应的期望位置和方向。

30.一种用于获得植物材料的样本的系统，包括：

机械臂(120)；

根据权利要求5所述的切割系统，其中，所述切割装置(110)安装在所述机械臂(120)的端部上；

一个或者多个照相机(190)，所述照相机用于获得待取样的叶片的图像；

图像处理单元(200)，所述图像处理单元处理获得的图像；

其中，所述切割装置(110)的所述控制单元(180)还构造成控制所述机械臂(120)的移动；

其中，所述控制单元(180)构造成根据处理的图像来控制所述机械臂(120)的方向和位置；

并且其中，所述控制单元(180)构造成首先：

控制所述阀单元(130)以施加抽吸力，将所述机械臂(120)移动到所述切割装置能够从所述植物获得样本的位置，并且控制所述驱动单元(4)以使所述中空切割元件(5)旋转，然后：

使所述机械臂(120)移动离开从所述植物获得样本的位置，并且施加推力以推动切割的样本离开所述切割装置进入到容器中。

31.一种用于获得植物材料的样本的方法，包括：

a)提供细长的中空切割元件(5)；

b)将所述中空切割元件(5)定位在植物的叶片附近；

c)通过所述细长的中空切割元件(5)施加抽吸力，以将所述叶片吸引向所述细长的中空切割元件(5)；和

d)使所述中空切割元件(5)旋转以在维持所述抽吸力的同时切开所述叶片。

32.根据权利要求31所述的方法，其中，中空抽吸元件(81)布置在所述中空切割元件(5)内部，并且其中，步骤c)包括通过所述中空抽吸元件(81)施加所述抽吸力，并且其中，步骤d)包括使所述中空切割元件(5)旋转以在使用所述抽吸力将所述叶片保持抽吸到所述中空抽吸元件(81)上的同时切开所述叶片。

33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述中空切割元件(5)首先定位在第一自由位置中，在所述第一自由位置中，所述中空切割元件不接合已经被抽吸在所述中空抽吸元件上的叶片，其中，步骤d)还包括使所述中空切割元件(5)相对于所述中空抽吸元件(81)从所述第一自由位置移动到第二位置，用于接合并切割叶片。

34.根据权利要求33所述的方法，还包括：

使所述中空抽吸元件(81)相对于所述中空切割元件(5)移动；

将加压气体供应到所述中空抽吸元件(81)，用于产生推力，以便将切割的叶片的样本推动离开所述中空抽吸元件(81)。

35.根据权利要求31所述的方法，其中，步骤d)包括使所述中空切割元件(5)旋转以在使用所述抽吸力将所述叶片保持抽吸在所述中空切割元件(5)上的同时切开叶片。

36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述中空切割元件(5)在其接合所述叶片之前旋转。