JP6500035B2 - 切断システム、切断システムを備える植物素材のサンプルを採取するシステム、および方法 - Google Patents

Description

本発明は、切断システムに関する。さらに本発明は、植物素材のサンプルを採取するためのシステム、および方法に関する。このようなシステムを、例えば、品種改良プログラムの一部であるＤＮＡ分析に用いることができる。米国特許第７，９８０，１４８号明細書には、そのような装置の一例が示されている。

既存の装置では、パンチ棒を用いてサンプルを植物の葉から切り取っている。このようなパンチング動作を行う前に、パンチ棒と支持部材との間の開口に葉を挿入しなければならない。パンチング工程において、支持部材は、葉が離れるのを防ぐために必要とされる。

既存の装置を用いる場合、ユーザが手作業で装置を巧みに操って、パンチ棒と支持部材との間にできた開口に葉を挿入しなければならない。このような状況が、サンプル採取システムに用いる装置の完全自動化を妨げている。

植物の品種改良における最近の動向では、苗木などの比較的若い植物から採取したサンプルを用いて、植物の特性の予測または分析を行うために、ＤＮＡのサンプル採取が主流になりつつある。これにより、興味深い、又は所望の植物を早い段階で特定することが可能となる。そして、これらの植物をさらなる交配工程や選択工程に送ることができる。

請求項１の前段に記載されている切断システムは、国際特許第２０１０／１３０３０４号明細書に記載されている。このシステムは、刃先を有する中空切断部材を含む切断装置と、切断部材の長軸の周りで切断部材を回転させる駆動ユニットと、中空切断部材を通して吸引力を加えるガス流誘導ユニットと、を含む。このシステムは、駆動ユニットおよびガス流誘導ユニットを制御するための制御ユニットをさらに含む。

既存の切断システムは、組織の残りの部分から脂肪組織を自動的に分離するために使用される。これを実行するためには、組織の切片は底面プレートの形態の支持体の上に置かれる。そして、この置かれた組織の上方に切断装置をセットする。この装置は内側プランジャを有するスリーブを含み、このプランジャが下方に移動して、プランジャと底面プレートの間の組織を押さえつけるようにする。あるいは、スリーブ内に空気圧を発生させて、底面プレートに対して組織を押さえつけることも可能である。このように加えられた圧力により、この組織の中に含まれる脂肪組織が、底面プレートとスリーブとの間の隙間から外側に押し出される。その後、スリーブの周りで軸方向に取り付けられる切断リングの形態を有する切断部材が、下方に移動して組織と係合する。この切断リングが、回転して組織を切り抜き、これにより、組織の残りの部分から脂肪組織を分離する。脂肪組織を切り離した後、組織の残った部分をスリーブ内に保持するためにスリーブ内の圧力を弱め、この部分をさらなる処理工程に送られる。

米国特許第７，９８０，１４８号明細書 国際特許第２０１０／１３０３０４号明細書

通常、品種改良処理に関与する植物は数多く存在するため、ＤＮＡ分析を行うための、手作業による植物のサンプル採取には、植物の品種改良者の作業の一部としてかなりの労力が必要となる。したがって、サンプル採取の工程の自動化が望まれる。しかし、上述した既存のシステムでは、このような自動化を実現することはできないことが明らかである。

したがって、本発明の目的は、植物物質のサンプルをより自動的に採取することが可能なシステムを提供することである。より具体的には、本発明の目的は、サンプル採取工程の前に、あるいは、サンプル採取工程中に採取される植物を搬送することが可能な、例えば、搬送ベルトに載せて搬送することが可能な切断システムを提供することである。

本発明の第１の様態によれば、本発明の目的は、中空切断部材が細長く、制御ユニットは、吸引力を中空切断部材を通して加えて、植物の葉を中空切断部材に引きつけるように、ガス流誘導ユニットと駆動ユニットを制御するよう構成されることを特徴とした切断システムを用いることにより達成される。

本発明の出願人は、数多くの植物のサンプル採取の自動化に関する問題が、植物を搬送するときに生じる葉の動きに関することに気が付いた。既存の装置では、パンチ棒またはプランジャと支持部材との間の開口に植物の葉を挿入しなければならない。葉が少ししか動かない状態であっても、この工程を自動化することは非常に難しい。

本発明の切断システムでは、採取される葉に吸引力を加えると同時に中空切断部材の回転により切断動作を可能にしている。この吸引力により、葉が切断部材に引き付けられる。そのため、既存の装置の支持部材はもはや必要がなく、その植物の葉の片面からのみ作用する手段による植物のサンプル採取が可能となる。この装置の動作では、比較的狭い開口内に葉を入れておかなくてもよいため、葉が動いている状況でもこの装置を使用可能である。したがって、このシステムは、数多くの植物を分析する必要のある用途に用いることが可能となる。

葉の切断中には、吸引力が加えられている。この吸引力は、切断中の切断部材に対して葉を引き寄せる最も強い力であることが好ましく、さらには他の力が加えられていないことがより好ましい。これを実行するために、切断前に吸引力を加えることが好ましい。

中空切断部材は、例えば、鋭い刃を有する中空円柱状の本体を用いて形成され得る。この部材は、単一の材料から一体的に形成され得る。しかし、刃先が異なる材料で形成される実施形態を除外するものではない。そのような実施形態においては、望むのであれば、切断動作のための材料特性を最適化することができる。

制御ユニットは、ガス流誘導ユニットと駆動ユニットを制御して、吸引力を使用し、中空切断部材に引きつけられた葉を保持している間に、葉を切り抜くように中空切断部材を回転させるように、さらに構成されている。

ガス流誘導ユニットは、中空切断部材の内側を通るガスの流れを発生させる。このガスの流れの方向により、押圧力または吸引力が生成される。所望の動作によって、押圧力と吸引力の両方を生成することができるようガス流誘導ユニットを構成することが好ましい。中空切断部材を通る押圧力を用いて、葉の切断サンプルを押し出して切断装置から切り離すことが可能である。したがって、ガス流誘導ユニットを用いて、切断前に葉を引きつけて、切断後に切断サンプルを押し出すことが好ましい。これを行うために、ガス流誘導ユニットは、吸引力を生成するバキュームユニット、および／または、押圧力を生成する加圧ガスの供給源を含み得る。

このガス誘導ユニットは、バルブユニットをさらに含み得、加圧ガス供給源とバキュームユニットとの間で切り替えて、吸引力と押圧力の印加を変更する。制御ユニットは、バルブユニットを制御するよう構成することができ、あるいは、バルブユニットを手動で操作することもできる。どちらのケースでも、切断前に吸引力を選択し、次いで、サンプルを取得した後、このサンプルを切断装置に取り付けた状態に維持し、この装置を容器に移動する。ここで、押圧力の印加を選択して、さらなる処理工程を行うためにサンプルを容器の中に押し出すことができる。

切断装置は、中空切断部材の内側に配置される細長い中空吸引部材をさらに含むことができ、この中空吸引部材を通して前記吸引力を加えることができる。この吸引部材により、吸引力の印加と、切断部材の切断動作とを分離することができる。中空切断部材と中空吸引部材を同軸方向に配置し、中空切断部材と中空吸引部材を長軸方向に沿って手動でずらすのを可能とすることで、このことをさらに向上させることができる。例えば、最初に吸引部材に葉を吸引することができ、その後、切断部材を移動させて、その葉に係合させ、切断することができる。そのような実施形態では、葉が吸引部材に適切に吸引されるとき、切断部材を回転させ始めるだけでよい。

切断装置は、取付けフレームをさらに含むことができ、この取付けフレームには、中空切断部材と中空吸引部材が配置される。中空吸引部材は、取付けフレームに対して回転可能に固定されることが好ましく、中空切断部材は、取付けフレーム上に回転可能に取り付けることが好ましい。駆動ユニットを、中空切断部材から離間配置されるよう構成することができる。駆動ユニットと中空切断部材の間のベルトなどの伝達部を用いることにより、駆動ユニットは中空切断部材を回転させることができる。

切断装置は、取付けフレームに取り付けられる第２の駆動ユニットを含み得、この第２の駆動ユニットが、中空切断部材を、葉と実質的に係合しない第１の自由位置と中空切断部材が葉と係合することができる第２の位置との間でその長軸に沿って取付けフレームに対して移動させるよう構成される。例えば、切断装置が上方から葉と係合する位置にセットされるとき、この中空切断部材が第１の位置で、吸引部材より上方に配置されて、吸引部材に葉が吸引されたときに切断部材がこの葉と実質的に係合しないようにする。制御ユニットは、第２の駆動ユニットを制御するよう構成され得る。例えば、この制御ユニットは、最初にガス流誘導ユニットを制御し、吸引力を加えて中空吸引部材に葉を引き付け、次いで、第２の駆動ユニットを制御し、中空吸引部材に吸引された葉と係合させるために、中空吸引部材に対して、第１の位置から第２の位置に中空切断部材を移動させ、その葉を切り抜くよう構成され得る。このように、葉と切断部材の間の干渉により邪魔されることなしに、切断処理の前に葉を正確に配置することができる。中空切断部材が第２の位置に到達する前に、駆動ユニットを制御して中空切断部材を回転させ始めるよう制御ユニットを構成することが好ましい。これにより、切断部材と葉の間の比較的遅い角速度での摩擦力によって、吸引部材から葉が離れてしまうことを防止する。

この切断装置は、取付けフレームに取り付けられる第３の駆動ユニットをさらに含み得、この第３の駆動ユニットが、中空吸引部材をその長軸に沿って取付けフレームに対して移動させるよう構成される。さらに、この制御ユニットが、第３の駆動ユニットを制御するよう構成され得る。例えば、この制御ユニットは、葉が切断された後、第３の駆動ユニットを制御して、中空切断部材に対して中空吸引部材を移動させ、次いで、ガス流誘導ユニットを制御して、押圧力を加えて葉の切断サンプルを装置から押し離すよう構成さ得る。例えば、切断部材と吸引部材を下向きに方向付けすることができる。この状況では、吸引部材は、切断部材に対して下方に移動して、吸引力により葉のサンプルが保持されている吸引部材の端を切断部材から離すようにすることができる。これにより、葉のサンプルを移動させ、容器などの比較的狭い開口の中に入れることができる。

本発明の実施形態では、切断装置は空洞を有する本体をさらに含み、この空洞により切断部材が回転可能に受けられる。駆動ユニットは本体に接続し、出力シャフトを含み、この出力シャフトに中空切断部材が接続する。この出力シャフトは、中空切断部材内を延在し得る。この出力シャフトは、ネジ留めなどにより、中空切断部材に接続し得る、あるいは、この接続は完全な摩擦ベースでもよい。

本発明の実施形態では、このガス流誘導ユニットは、中空切断部材と流体連通する導管を含む。したがって、導管と中空切断部材の内側との間をガスが流れることができる。さらに、本体は、空洞と流体連通する開口を含み得、この開口に導管が接続し、中空切断部材が、１つ以上の開口を含み、これらの開口により、導管と中空切断部材との間の流体連通が可能になる。別の実施形態では、本体および／または中空切断部材は、１つ以上の開口のところに、あるいは、開口の近くに放射状の凹部を含み得、これらの凹部により、中空切断部材の周りを延在し、前記導管と流体連通するチャンバが画定される。このように、本体内の中空切断部材の角位置には関係なく、導管と中空切断部材の内側との間の流体連通を可能にする、リング形状のチャンバを形成することができる。

切断装置には、葉と向かい合う切断部材の端の近くに配置され、長軸と垂直な支持面を有する支持部材を設けることができ、この支持面には開口が付いており、その中を中空切断部材が延在する。切断処理中、葉はこの支持面により支持される。さらに、この支持部材は、本体に調整可能に接続し得、これにより、本体と支持部材の間の距離が調整可能となる。このように、支持面の開口内で延在する中空切断部材の部分の長さを調整し、例えば、採取される葉の厚さ、および／または、強度に対して最適化することができる。

このことは、刃先の近くに形成される複数の分離チャネルが中空切断部材に設けられる場合、切断サンプルが中空切断部材内に吸い込まれるのを防ぐために有用である。これらの分離チャネル間の壁により、中空切断部材内に切断サンプルが完全に入ってしまうリスクを防止する、あるいは、少なくともかなりの程度で制限する。

この切断装置には、吸引力に関わるガス流誘導ユニット内の圧力を測定するための圧力センサがさらに含まれ得、測定される圧力が所定の閾値より下がる場合、葉のサンプルが取得され、および／または、葉が中空吸引管に吸い付いたと判定し、その判定に応じて、中空切断部材、および／または、第２の駆動ユニットを制御するよう制御ユニットが構成される。例えば、前述の吸引部材が含まれていない切断部材を使用するケースでは、切断後に圧力が上がり過ぎた場合に、サンプルが適切に取得されていないと判定され得る。これは、切断部材の開口が、もはや葉のサンプルによりブロックされていないことを示す。同様に、吸引部材と切断部材の両方が使用されている場合、吸引部材内部の圧力により、吸引部材の開口が葉のサンプルによりブロックさているかどうかが示される。圧力の下降が検知されなかった場合、このシステムは、同じ葉からサンプルを再度取得しようとする、同じ植物から別の葉を取得しようとする、あるいは植物を完全に無視することができる。

切断装置は、押圧力に関わるガス流誘導ユニット内の圧力を測定するための圧力センサをさらに含み得、押圧力が加えられた後、測定される圧力が所定の閾値より下がらなかった場合、中空切断部材、および／または、中空吸引管が切断サンプルにより塞がれていると判定するよう制御ユニットは構成される。圧力の下降が検知されなかった場合、制御ユニットは、切断装置が取り付けられたロボットアームを制御し、専用ユニットを動かして切断装置を清掃する、あるいはユーザへの警告信号を生成する。押圧力および吸引力に関わるガス流誘導ユニット内の圧力を測定するために、同一の圧力センサを用いることができる。

本発明の第２の様態に従うと、本発明の目的は、植物物質のサンプルを取得するためのシステムを用いることにより達成され、このシステムは、ロボットアーム、前記の切断システムを含み、切断装置がロボットアームの端に取り付けられる。このシステムは、採取される葉の画像を取得する１つ以上のカメラと、取得される画像を処理する画像処理ユニットと、をさらに含む。切断装置の制御ユニットは、ロボットアームの動きを制御するようさらに構成され得る。また、この制御ユニットは、処理後の画像によってロボットアームの方向と位置を制御するよう構成され得る。

なお、切断システムの制御ユニットは、通常、切断装置とは分離している。植物素材のサンプルを取得する前述のシステムでは、ロボットアームと切断装置の両方を制御する単一の制御ユニットを使用可能である。あるいは、協力して同じ機能を提供する異なる制御ユニットを含む制御システムも用いられる。

本発明のシステムは、支持部材と切断部材との間の比較的狭い開口の中に葉が移動することができるよう、正確に配置しなくてもよいため、数多くの植物を自動で採取することが可能となる。

この画像処理ユニットは、採取される葉の位置と方向に関する情報を取得し、ロボットアームを配置するための対応する所望の位置と方向を決定するよう構成され得る。採取される葉を特徴付けする、あるいは撮像する、より多くのカメラまたはその他の手段を用いることにより、採取される葉の方向と位置を３次元空間内で決定することができる。次いで、この情報を用いて、ロボットアームと、そのロボットアームに取り付けられる切断装置を制御することができる。

切断装置が、例えば、電子的に制御可能なバルブユニット（先程記載した）を含む場合、最初に、バルブユニットを制御して吸引力を加え、この装置が植物からサンプルを取得可能な位置にロボットアームを移動させ、駆動ユニットを制御して切断部材を回転させ、次いで、ロボットアームを前記位置から離し、押圧力を加えて、切断サンプルを装置から離して容器内に押し出すよう制御ユニットは構成され得る。なお、本発明は、葉からサンプルが切断された後、中空切断部材が回転を維持する実施形態やサンプルが切断された後、中空切断部材が回転を停止させる実施形態を除外しないものとする。さらに、実際の切断処理が行われるまで吸引力を加えないことも可能である。大きな力が葉に加わっていない中立の状態にバルブユニットを切り替えることも可能である。

本発明の第３の様態に従うと、本発明の目的は、植物素材のサンプルを取得するための方法を用いることにより達成され、この方法には、ａ）細長い中空切断部材を提供するステップと、ｂ）植物の葉の近くに切断部材を配置するステップと、ｃ）細長い中空切断部材内に吸引力を加えて、細長い中空切断部材に葉を引き付けるステップと、ｄ）吸引力を維持しながら、中空切断部材を回転させて葉を切り抜くステップと、が含まれる。本発明の方法は、葉の両側における実行を要求することなく、サンプルを取得することができる。

中空切断部材の内部に中空吸引部材を配置することができる。この場合、ステップｃ）には、中空吸引部材内に吸引力を加えることが含まれ得る。さらに、または、あるいは、ステップｄ）には、吸引力により中空吸引部材に葉が吸引されたまま、中空切断部材を回転させて、葉を切り抜くことが含まれ得る。

最初に、中空吸引管に吸引された葉と実質的に係合しない第１の自由位置に中空切断部材を配置することができる。この場合、ステップｄ）には、中空切断部材を中空吸引部材に対して第１の位置から第２の位置に移動させて、葉と係合させ、切断することがさらに含まれ得る。

この方法には、中空切断部材に対して中空吸引部材をずらし、中空吸引部材に加圧ガスを供給して押圧力を生成し、葉の切断サンプルを中空吸引部材から押し出すことがさらに含まれ得る。

あるいは、中空吸引部材を用いないケースでは、ステップｄ）には、吸引力により中空切断部材に葉が吸引されたまま、中空切断部材を回転させて葉を切り抜くことが含まれ得る。葉と係合する前に、切断部材を回転させることが好ましい。

次に、下記の添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

図１は、本発明に係る、植物素材のサンプルを取得するためのシステムの実施形態を示す図である。 図２は、本発明に係る、図１のシステムで用いられる切断装置の実施形態を示す図である。 図３は、図２に示されている実施形態を別の視点から見た図である。 図４は、図２の実施形態の断面を示す図である。 図５は、本発明に係る、図１のシステムで用いられる切断装置の別の実施形態を示す図である。 図６は、図５の実施形態の断面を示す図である。 図７Ａは、３つの異なる位置における、ある位置の図５の実施形態を示す図である。 図７Ｂは、３つの異なる位置における、別の位置における図５の実施形態を示す図である。 図７Ｃは、３つの異なる位置における、さらに別の位置における図５の実施形態を示す図である。

図１には、本発明に係るシステム１００が示されている。このシステムは、切断装置１１０を含む。切断装置１１０は、ロボットアーム１２０に接続し、このロボットアーム１２０には、切断装置１１０が取り付けられる。バキューム１４０の供給源と加圧ガス１５０の供給源を用いて、吸引力と押圧力をそれぞれ実現する。バルブユニット１３０を用いて、両方の供給源の間を切り替える。センサ１６０を用いて、切断装置１１０とバルブユニット１３０との間の導管１７０内の圧力を測定する。

システム１００は、制御ユニット１８０をさらに含み、この制御ユニット１８０が、ロボットアーム１２０の動作、バルブユニット１３０の切り替え動作、および切断装置１１０の駆動ユニットを制御する。

さらに、システム１００は、１つ以上の光学カメラ１９０を含み、これらの光学カメラ１９０から出力される画像を画像処理ユニット２００が処理する。画像処理ユニット２００の出力は制御ユニット１８０に送られる。

次に、システム１００を使用して、葉３００からサンプルを取得する動作の一例を説明する。

最初に、カメラ１９０と画像処理ユニット２００を用いて、葉３００の位置と方向を判定する。既知の較正技術を用いて、実空間における葉３００の位置と方向のデータで出力画像を補正することができる。

次に、制御ユニット１８０が、ロボットアーム１２０を制御して、切断装置１１０を葉３００からのサンプルを切り取るのに好適な位置と方向に移動させる。サンプルを切り取る前に、バキューム供給源１４０から吸引力を加え続けるよう、あるいは、加えるよう、バルブユニット１３０を制御する。この時点では、圧力センサ１６０で導管１７０内の圧力を監視することができる。この圧力が低過ぎる場合、切断装置１１０の中空切断部材が塞がっている可能性がある。動作を中断するために、ユーザに対して、対応する警告信号を生成することができ、あるいは、前述の動作を繰り返し、あるいは、再開する前に、制御ユニットは、まず、ロボットアーム１２０を制御して清掃処理を行うことができる。

制御ユニット１８０は、切断装置１１０の駆動ユニットを制御して、切断装置１１０に備えられた中空切断部材が回転を開始したことや、回転を維持していることを確実なものとすることができる。したがって、中空切断部材は、葉３００に吸引力を加えながら、高速、例えば、３０００ｒｐｍ〜２００００ｒｐｍ、で回転することができる。制御ユニット１８０は、ロボットアーム１２０を制御して、葉３００に向かって移動させて、切断工程を開始させることができ、かつ／または、葉３００に吸引力を加えて、切断装置１１０に引き付けることができる。切断部材が回転を開始する前に、吸引力を加えることもできる。

切断装置１１０の切断部材の比較的鋭い刃先が、比較的高速で回転するため、葉３００からサンプルを切り取る。この切り取られたサンプルは、吸引力により、中空切断部材の壁部に付着する。

次のステップで、制御ユニット１８０は、ロボットアーム１２０を制御して、切り取られたサンプルを置くことができる位置に切断装置１１０を移動させる。それと同時に、制御ユニット１８０は、切断装置１１０の駆動ユニットを制御して、中空切断部材の回転動作を停止させる。但し、この動作は特に必要ではない。

一旦好適な位置、例えば、容器の上、に配置された後、制御ユニット１８０は、バルブユニット１３０を制御して、加圧ガスの供給源１５０を切断装置１１０に接続する。その結果、切り取られたサンプルに押圧力が加わる。したがって、切り取られたサンプルが切断装置１１０から離れて、例えば、容器内に押し出される。

バルブユニット１３０と切断装置１１０との間の導管１７０内の圧力は、圧力センサ１７０を用いて監視することができる。所定の時間が経過した後、導管１７０内の圧力が、所定の閾値より下がらない場合、中空切断部材が切断サンプルにより塞がっていることが考えられ得る。したがって、制御ユニット１８０は、ロボットアーム１２０を制御して、切断装置１１０を清掃することができる。同じ葉または同じ植物からの異なる葉から新しいサンプルを切り取ることができる。あるいは、問題のある植物を完全に無視することもできる。

切断サンプルが押し出された後、新しい植物を処理することができる。

望ましくは、処理される植物に対応する識別子（identificator）を取り込むよう１つまたは複数のカメラをさらに構成することができる。例えば、特徴付けされる植物を識別するために、バーコードまたはその他の形態のタグを提供することができる。この情報を用いて、制御ユニット１８０は、ロボットアーム１２０、切断装置１１０、およびバルブユニット１３０を制御して、取り込まれた識別子に対応する好適な容器の中に切り取られたサンプルを入れることができる。

図２には、図１のシステムで使用可能な切断装置１の第１の実施形態が示されている。この切断装置は、本体３の一部である取付けフランジ２を含む。このフランジは、装置１とロボットアーム１２０を接続するために用いられ得る。中空切断部材５を駆動させる駆動ユニット４は、本体３に固定して接続される。本体３には支持部材６が取り付けられる。支持部材６は、採取される葉７を支持するための支持面６Ａを有する。

装置１を用いて葉７からサンプル８を切り取ることができ、これにより、葉７に開口９がつくられる。中空切断部材５に葉７を引き寄せるために、装置１の入口１０に接続された真空（バキューム）を用いて吸引力を加えることができる。ここで、図１に示されている通り、導管１７０を用いて入口１０をバルブユニット１３０に接続することができる。この真空（バキューム）は、中空切断部材５の内側を通って葉７まで誘導される。

図２および図３に示される通り、本体３は、取付けアーム１１および受けブロック１２をさらに含み、この取付けアーム１１が、取付けフランジ２と受けブロック１２との間に配置される。この受けブロック１２には、中空切断部材５が回転可能に設けられている。受けブロック１２は、ネジ１３により、駆動ユニット４に固定して接続されている（図３を参照）。この受けブロック１２は、ネジ１３を挿入するための対応する孔１４を有する。同様に、取付けアーム１１は、取付けネジ１５により、受けブロック１２に固定して接続される。さらに、支持部材６は、ネジ１６により、受けブロック１２に固定して接続される。図２に示されているように、中空切断部材５は、支持面６Ａの開口の中を延在する。この開口の中を延在する中空切断部材５の部分の長さは、支持部材６のスロット６Ｂの中に配置されるネジ１６を緩めることで調整可能である。ネジ１６を緩めた後、支持部材６は中空切断部材５の長軸に沿った方向に移動可能になる。

図４に示されているように、中空切断部材５は、その刃先１８の近くに複数の分離チャネル１７を有する。中空切断部材５の中に配置されている壁部１９により、切断サンプルが中空切断部材５の奥まで侵入することを防止し、または妨げている。

受けブロック１２は開口２０を有し、この開口２０には導管２１が接続される。中空切断部材５は、対応する位置に、放射状の凹部２２と放射状の開口２３を有する。その結果、リング形状のチャンバ２４が形成され、このチャンバ２４が導管２１と流体連結し、かつ、開口２３を通して中空切断部材５の内側と流体連結する。

所望の鋭さを得られるまで中空切断部材５の壁厚を徐々に薄くすることにより、中空切断部材５の刃先１８が形成される。中空切断部材５の残りの部分に固定して接続された異なる材料を用いて、中空切断部材５の刃先の部分を形成することが可能である。しかし、中空切断部材５をステンレス鋼などの単一の材料を用いて一体型として形成することができる。

駆動ユニット４は出力シャフト２５を含み、この出力シャフト２５が摩擦接続により中空切断部材５と連結する。追加して、または代替的に、ネジなどの異なる手段を用いて、出力シャフト２５を中空切断部材５に連結させることも可能である。

図２〜図４に示される切断装置の実施形態では、葉７が吸引される前に、中空切断部材５が回転することが好ましい。後述するように、吸引力により葉が引きつけられた後、中空切断部材が回転を始める実施形態も本発明の範囲に含まれ得る。

図５〜図７には、本発明に係る切断装置の第２の実施形態が示されている。この実施形態には、取付けフランジ５２を有する取付けフレーム５０が含まれ、この取付けフランジ５２により、切断装置をロボットアームに取り付けることが可能となる。図５に示される切断装置は、中空切断部材５５を含み、この切断部材５５が取付けフレーム５０に対して回転可能に取り付けられる。この駆動ユニット５４が、伝達部８０を介して、中空切断部材５５を駆動することができる。

中空切断部材５５は、中空吸引部材８１に対して同軸方向に取り付けられる。中空吸引部材８１の端には、弾力部材９６が取り付けられる（図６を参照）。この部材が入口８２に接続して、中空吸引部材８１の内部の圧力の制御を可能にする。この中空吸引部材８１が、空気シリンダ８４のピストン棒８３に接続される（図６を参照）。ピストン棒８３は、圧力室９３内で移動可能に配置されるピストン８５に接続される。ピストン８５の上部、および／または、下部の圧力を変化させることにより、ピストン棒８３は上方と下方のどちらにも移動可能となる。図５に示されているように、空気シリンダ８４は、２つの入口８６、８７を有する複動シリンダであり、ピストン棒８３の伸長・収縮ストロークを制御する。

中空吸引部材８１は、中空切断部材５５の内部に移動可能に配置される。より具体的には、空気シリンダ８４により起動されると、この中空吸引部材は、中空切断部材５５の内部を上下に移動可能となる。その一方で、取付けフレーム５０はガイドバー８８を含み、このガイドバー８８に沿って往復台８９がスライド可能となる。中空切断部材５５は、往復台８９に回転可能に取り付けられ、駆動ユニット５４は往復台８９に固定して接続される。切断装置は、２つの入口９１、９２を有する第２の複動空気シリンダ９０をさらに含み、このシリンダが往復台８９の移動を制御する。シリンダ９０により起動されると、往復台８９は上下に移動可能となる。それと同時に、中空切断部材５５は中空吸引部材８１に対して移動する。

図７Ａ〜図７Ｃには、様々な構成の切断装置が示されている。図７Ａには、切断装置の動作スタート時の構成が示されており、中空切断部材５５は第１の位置に留まっており、葉９５とは実質的に係合していない。この位置では、中空吸引部材８１と中空切断部材５５は両方とも収縮している。中空吸引部材８１に葉９５を引き付けるために、入口８２にバキュームをかける。次に、入口９２に関連する入口９１に加圧ガスを供給して、往復台８９と、その中に取り付けられた中空切断部材５５とを、第１の位置から第２の位置に移動させ、この第２の位置で中空切断部材５５が葉９５に係合可能となる（図７Ｂを参照）。これらの位置の間の移動の前に、または、その期間に、中空切断部材５５が、駆動ユニット５４により起動され、この際、葉９５と係合する前に中空切断部材５５が実用的な回転速度に達していることが好ましい。

葉９５が切断された後、入口９１に関連する入口９２に加圧ガスを印加することにより、中空切断部材５５を再度上方に移動させることができる。それと同時に、駆動ユニット５４は、中空切断部材５５の駆動を停止させることができる。中空切断部材５５が、葉９５と係合する位置にあるときはいつでも、中空切断部材５５は、実用的な回転速度で動作することが好ましい。

切断装置は、通常、ロボットアームに取り付けられる。図１を参照して説明したように、視覚システムを使用して、切断装置が葉９５のサンプル９５'を切断するための好適な位置を決定することも可能である。切断処理が終了すると、ロボットアームは、別の位置に移動し、そこからサンプルをさらなる処理ステージに送られなければならない。場合によっては、サンプルは狭く細長い容器の中に入れられなければならない。切断部材５５の外形寸法によっては、このことが厄介になる可能性がある。この問題を解決するために、入口８７に関連する入口８６に加圧ガスを供給することができる。その結果、互いに接続したピストン棒８３と中空吸引部材８１が下方に移動する（図７Ｃを参照）。この動作中、中空吸引部材８１の端に取得済みサンプル９５’を保持し続けるよう、バキュームを入口８２に印加し続ける。サンプルを配置するための好適な位置に移動すると、入口８２に加圧ガスを供給して、サンプルを中空吸引部材８１から押し離すことができる。その後、入口８６に関連する入口８７に加圧ガスを供給して中空吸引部材８１を上方に移動させ、図７Ａの構成に戻すことができる。

本発明は処理される葉の光学特性には限定されない。位置と方向を取り込むためのユニットとして、その他の手段も使用可能である。同様に、画像処理ユニットも一般的な位置と方向の判定ユニットと交換することも可能である。

さらに、本発明は、葉からサンプルを切り離して、植物を分析する用途には限定されない。それらの部分が吸引力により引き付けられるのに十分に軽く弾力性があるならば、葉以外の植物の部分も同じ目的で使用可能である。

異なる実施形態に属する特徴を組み合せて、新しい実施形態または変更実施形態を形成可能であることは当業者に明らかであることは言うまでもない。さらに、付随する請求項により規定される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の実施形態に対する様々な変更形態を作成可能であることは当業者には明らかである。

Claims (35)

1. 刃先(18)を有する中空切断部材(5)と、
   前記中空切断部材(5)の長軸の周りで前記中空切断部材(5)を回転する駆動ユニット(4)と、
   前記中空切断部材(5)を通して吸引力を加えるガス流誘導ユニットと、を有する切断装置(110)、および
   前記駆動ユニット(4)および前記ガス流誘導ユニットを制御する制御ユニット(180)、を備えた切断システムであって、
   前記中空切断部材(5)が細長く、前記制御ユニット(180)は、前記中空切断部材(5)に植物の葉を引き付けるように前記中空切断部材(5)を通して吸引力が加えられるように、前記ガス流誘導ユニットおよび前記駆動ユニット(4)を制御するよう構成され、
   前記中空切断部材(5)は、前記吸引力を維持している間、前記葉を切り抜くように回転されるよう構成された、切断システム。
2. 前記制御ユニット(180)は、前記ガス流誘導ユニットと前記駆動ユニット(4)を制御して、前記吸引力を使用し、前記中空切断部材(5)に引きつけられた葉を保持している間に、前記葉を切り抜くように前記中空切断部材(5)を回転させるよう構成され、前記中空切断部材(5)が前記葉と係合する前に回転するよう構成された、請求項１に記載の切断システム。
3. 前記ガス流誘導ユニットが、前記中空切断部材(5)を通して押圧力を加えて、前記葉の切断サンプルを前記切断装置(110)から押し離すようさらに構成された、請求項１又は２に記載の切断システム。
4. 前記ガス流誘導ユニットが、前記吸引力を生成するバキュームユニット、および／または、前記押圧力を生成する加圧ガス供給源(150)を含む、請求項３に記載の切断システム。
5. 前記ガス流誘導ユニットが、前記加圧ガス供給源(150)と前記バキュームユニットとの間の切り替えを行って、前記吸引力と前記押圧力の印加を変更することができるバルブユニット(130)を含み、前記制御ユニット(180)が、前記バルブユニット(130)を制御するよう構成され、あるいは、前記バルブユニット(130)が手動で動作可能である、請求項４に記載の切断システム。
6. 前記切断装置(110)が、前記中空切断部材(5)の内側に配置される細長い中空吸引部材をさらに含み、前記中空吸引部材(81)を通して、前記吸引力が加えられる、請求項１から５のいずれか一項に記載の切断システム。
7. 前記中空切断部材(5)と前記中空吸引部材(81)が、同軸方向に配置され、前記中空切断部材(5)と前記中空吸引部材(81)が、その長軸に沿って互いに移動可能である、請求項６に記載の切断システム。
8. 前記切断装置(110)が、取付けフレーム(50)をさらに含み、前記取付けフレーム(50)には、前記中空切断部材(5)と前記中空吸引部材(81)が配置される、請求項６または７に記載の切断システム。
9. 前記中空吸引部材(81)が、前記取付けフレーム(50)に対して回転可能に固定され、前記中空切断部材(5)が、前記取付けフレーム(50)上に回転可能に取り付けられた、請求項８に記載の切断システム。
10. 前記駆動ユニット(4)が、前記中空切断部材(5)から離間配置され、切断装置(110)が、前記駆動ユニット(4)と前記中空切断部材(5)との間にベルトなどの伝達部をさらに含み、これにより、前記駆動ユニット(4)が、前記中空切断部材(5)を回転させることができる、請求項９に記載の切断システム。
11. 前記切断装置(110)が、前記取付けフレーム(50)に取り付けられる第２の駆動ユニット(54)をさらに含み、前記第２の駆動ユニット(54)が、前記中空切断部材(5)をその長軸に沿って、前記葉と実質的に係合しない第１の自由位置と、前記中空切断部材(5)が前記葉に係合可能な第２の位置との間を前記取付けフレーム(50)に対して移動させるよう構成された、請求項８から１０のいずれか一項に記載の切断システム。
12. 前記制御ユニット(180)が、前記第２の駆動ユニット(54)を制御するよう構成され、前記制御ユニット(180)が、最初に、前記ガス流誘導ユニットを制御して、前記吸引力を加え、前記中空吸引部材(81)に前記葉を引き付け、次いで、前記第２の駆動ユニット(54)を制御して、前記中空吸引部材(81)に吸引された前記葉と係合させるために、前記中空切断部材(5)を前記中空吸引部材(81)に対して、第１の位置から第２の位置に移動させて、前記葉を切り抜くよう構成された、請求項１１に記載の切断システム。
13. 前記制御ユニット(180)が、前記駆動ユニット(4)を制御して、前記中空切断部材(5)が前記第２の位置に到達する前に、前記中空切断部材(5)を回転させ始めるよう構成された、請求項１２に記載の切断システム。
14. 前記切断装置(110)が、前記取付けフレーム(50)に取り付けられる第３の駆動ユニットをさらに含み、前記第３の駆動ユニットが、前記中空吸引部材(81)をその長軸に沿って前記取付けフレーム(50)に対して移動させるよう構成された、請求項８から１３のいずれか一項に記載の切断システム。
15. 前記制御ユニット(180)が、第３の駆動ユニットを制御するよう構成され、前記制御ユニット(180)が、前記葉が切断された後、前記第３の駆動ユニットを制御して、前記中空切断部材(5)に対して中空吸引部材(81)を移動させ、次いで、前記ガス流誘導ユニットを制御して、押圧力を加えて、前記葉の切断サンプルを前記切断装置(110)から押し離すよう構成された、請求項３から５および請求項１４のいずれか一項に記載の切断システム。
16. 前記切断装置(110)が、前記中空切断部材(5)が回転可能に収まる空洞を有する本体をさらに含み、前記駆動ユニット(4)が前記本体(3)に接続し、前記駆動ユニット(4)が前記中空切断部材(5)に接続する出力シャフト(25)を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の切断システム。
17. 前記出力シャフト(25)が、前記中空切断部材(5)の中を延在する、請求項１６に記載の切断システム。
18. 前記ガス流誘導ユニットが、前記中空切断部材(5)と流体連結する導管(170)を含む、請求項１６または１７に記載の切断システム。
19. 前記本体(3)が、前記空洞と流体連結する開口を含み、前記開口には前記導管(170)が接続され、前記中空切断部材(5)が１つ以上の開口を含み、これにより、前記導管(170)と前記中空切断部材(5)との間の流体連結が可能となる、請求項１８に記載の切断システム。
20. 前記本体(3)および／または前記中空切断部材(5)が、前記１つ以上の開口の位置に、あるいは、前記開口の近くに放射状の凹部(22)を有し、前記凹部(22)により、前記中空切断部材(5)の周りを延在し、前記導管(170)と流体連結するチャンバ(24)が規定された、請求項１９に記載の切断システム。
21. 前記切断装置(110)が、前記葉と対向する前記中空切断部材(5)の端の近くに配置され、前記長軸と垂直な支持面(6A)を有する支持部材(6)をさらに有し、前記支持面(6A)は開口を有し、前記開口の中を前記中空切断部材(5)が延在する、請求項１６から２０のいずれか一項に記載の切断システム。
22. 前記支持部材(6)が、前記本体(3)に調整可能に接続し、前記本体(3)と前記支持部材(6)との間の距離が調整可能である、請求項２１に記載の切断システム。
23. 前記中空切断部材(5)が、前記刃先(18)の近くに形成される複数の分離チャネル(17)を含む、請求項１から２２のいずれか一項に記載の切断システム。
24. 前記切断装置(110)が、前記吸引力に関連する、前記ガス流誘導ユニット内の圧力を測定するための圧力センサをさらに含み、前記制御ユニット(180)が、測定圧力が所定の閾値より下がった場合、葉のサンプルが取得されたこと、および／または、葉が中空吸引管に吸引されたと判定するよう構成され、前記制御ユニット(180)が、前記判定に応じて、前記中空切断部材(5)、および／または、第２の駆動ユニットを制御するよう構成された、請求項１から２３のいずれか一項に記載の切断システム。
25. 前記切断装置(110)が、押圧力に関連する、前記ガス流誘導ユニット内の圧力を測定するための圧力センサ(160)をさらに含み、前記制御ユニット(180)が、前記押圧力を加えた後に測定圧力が所定の閾値より下がらない場合、前記中空切断部材(5)、および／または、中空吸引管が切断サンプルにより塞がれていると判定するよう構成された、請求項２に従属する限りにおいて請求項３から２４のいずれか一項に記載の切断システム。
26. 押圧力と吸引力に関連する前記ガス流誘導ユニット内の圧力を測定するために同一の圧力センサが用いられる、請求項２４または２５に記載切断の切断システム。
27. ロボットアーム(120)と、
    請求項１から２６のいずれか一項に記載の切断システムであって、その切断システムにおける切断装置(110)が、前記ロボットアーム(120)の端に取り付けられた切断システムと、
    採取される葉の画像を取得する１つ以上のカメラ(190)と、
    取得された画像を処理する画像処理ユニット(200)と、を備える、植物素材のサンプルを取得するシステムであって、
    前記切断装置(110)の前記制御ユニット(180)が、前記ロボットアーム(120)の動きを制御するようさらに構成され、
    前記制御ユニット(180)が、処理画像によって、前記ロボットアーム(120)の方向と位置を制御するよう構成された、システム。
28. 前記画像処理ユニット(200)が、採取される前記葉の前記位置と方向に関する情報を取得し、前記ロボットアーム(120)の対応する所望の位置と方向を決定するよう構成された、請求項２７に記載のシステム。
29. 前記制御ユニット(180)が、最初に、
    バルブユニットを制御して吸引力を加え、前記切断装置(110)が、前記植物からサンプルを取得可能な位置にロボットアームを移動させ、前記駆動ユニット(4)を制御して前記中空切断部材(5)を回転させ、次いで、
    前記ロボットアーム(120)を移動させて前記位置から離し、押圧力を加えて切断サンプルを前記切断装置(110)から容器に押し出すよう構成された、請求項５に従属する限りにおいて請求項２７または２８に記載のシステム。
30. ａ）細長い中空切断部材(5)を提供するステップと、
    ｂ）植物の葉の近くに前記中空切断部材(5)を配置するステップと、
    ｃ）前記細長い中空切断部材を通して吸引力を加えて、前記細長い中空切断部材(5)に前記葉を引き付けるステップと、
    ｄ）前記吸引力を維持しながら、前記中空切断部材(5)を回転させて、前記葉を切り抜くステップと、を含む、植物素材のサンプルを取得する方法。
31. 前記中空切断部材(5)の内側に、中空吸引部材が配置され、ステップｃ）には、前記中空吸引部材(81)を通して前記吸引力を加えることが含まれ、ステップｄ）には、前記吸引力により前記中空吸引部材(81)に前記葉が吸引されたまま、前記中空切断部材(5)を回転させて、前記葉を切り抜くことが含まれる、請求項３０に記載の方法。
32. 最初に、中空吸引管に吸引された前記葉に実質的に係合しない第１の自由位置に前記中空切断部材(5)を配置し、ステップｄ）には、前記葉と係合させ切断するために、前記中空切断部材(5)を前記中空吸引部材(81)に対して第１の位置から第２の位置に移動させることがさらに含まれる、請求項３１に記載の方法。
33. 前記中空吸引部材(81)を前記中空切断部材(5)に対してずらすステップと、
    前記中空吸引部材(81)に加圧ガスを供給して押圧力を生成して、前記葉の切断サンプルを前記中空吸引部材(81)から押し離すステップをさらに含む請求項３２に記載の方法。
34. ステップｄ）には、前記吸引力により前記中空切断部材(5)に前記葉が吸引されたまま、前記中空切断部材(5)を回転させて前記葉を切り抜くことが含まれる、請求項３０に記載の方法。
35. 前記葉と係合する前に前記中空切断部材(5)が回転する、請求項３４に記載の方法。

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