KR20160147840A - 종자를 준비하기 위한 시스템 및 사용 방법 - Google Patents

종자를 준비하기 위한 시스템 및 사용 방법 Download PDF

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KR20160147840A
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Ii 도널드 엘 매카티
시바르마 알 첸나레디
토비 치착
로드리고 사리아
데이비드 티 길레스피
토마스 제이 파슨스
스캇 알 칼리타
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다우 아그로사이언시즈 엘엘씨
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Abstract

형질전환 및 트랜즈제닉 공학을 위해 종자를 자동으로 또는 반자동으로 준비하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다.

Description

종자를 준비하기 위한 시스템 및 사용 방법{SYSTEM FOR SEED PREPARATION AND METHOD OF USE}
본원은 2014년 5월 6일자로 출원되어 본원에 참조로 명확하게 인용되어 있는 미국 가특허 출원 연속 번호 제61/989,275호를 우선권 주장한다.
관련 미국 출원에 대한 상호 참조
Donald L. McCarty, Ⅱ 등에 의해 "종자를 촬상하고 배향하기 위한 시스템 및 사용 방법"이라는 명칭으로 2014년 5월 6일자로 출원된 미국 가특허 출원 연속 번호 제61/989,266호; 및 Donald L. McCarty, Ⅱ 등에 의해 "종자를 절단 및 준비하기 위한 시스템 및 사용 방법"이라는 명칭으로 2014년 5월 6일자로 출원된 미국 가특허 출원 연속 번호 제61/989,276호를 상호 참조하며, 이 출원들은 각각 본원에 참조로 명확하게 인용되어 있다.
본 개시물은 일반적으로 식물 육종에서 사용하기 위해 종자를 준비하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 유전자 형질전환 및 트랜스제닉 공학을 위해 종자 및 종자 외식편을 준비하기 위한 장치에 관한 것이다.
대두[글리시네 맥스(Glycine max)]는, 연간 수확량이 2억 톤을 초과하며 전 세계적으로 400억 달러를 초과하는 것으로 추정되는 값어치가 있는, 가장 중요한 농업 작물 중 하나이다. 대두는 전 세계적으로 모든 지방 종자 생산량의 97% 초과를 차지한다. 따라서, 이와 같이 귀중한 작물의 품질과 수확량을 개선하기 위한 믿을 수 있고 효율적인 방법이 중요한 관심사가 되고 있다.
대두 재배종의 대부분이 단지 소수의 모계로부터 유래되어, 육종을 위해 협소한 생식질 베이스를 초래하기 때문에, 대두를 개선하기 위한 전통적인 육종 방법은 제한되어 왔다. [Christou 등, TIBTECH 8:145-151 (1990)]. 현대의 연구 노력은 대두 생산을 개선하기 위한 식물 유전 공학 기술에 초점을 맞추고 있다. 트랜스제닉 방법은 원하는 유전자를 농작물의 유전 생식세포계 내로 도입하여 우량 식물 계통을 생성시키도록 설계된다. 이러한 접근 방식은 영양 가치를 향상시키면서, 질병, 곤충 및 제초제에 대한 다른 여러 농작물의 저항성을 성공적으로 증가시켜 왔다.
유전자를 식물 조직 내로 전이시키기 위한 여러 방법이 개발되었는데, 이러한 방법은 고속 미소발사, 미세주사, 전기천공 및 직접 DNA 흡수를 포함한다. 관심 유전자를 대두 내로 도입하기 위하여, 아그로박테리움(Agrobacterium)-매개된 유전자 형질전환이 최근에 사용되어 왔다. 그러나, 대두는 트랜스제닉 공학에 대해 어려운 과제 시스템인 것으로 입증되었다. 대두 외식편의 효율적인 형질전환과 재생은 달성하기가 곤란하고, 자주 반복하기가 어렵다.
토양에서 서식하는 병원성 박테리아인 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens)는 T-DNA로 불리우는 그의 DNA를 숙주 식물 세포 내로 전이시킬 수 있고, 박테리아의 영양에 유용한 대사물을 생산하도록 숙주 세포를 유도할 수 있는 고유의 능력을 지니고 있다. 재조합 기술을 이용하면, 이러한 T-DNA의 일부 또는 전부를 관심 유전자(들)로 대체하여, 숙주 식물을 형질전환시키는 데 유용한 박테리아성 벡터를 생성할 수 있다. 아그로박테리움-매개된 유전자 전이는 전형적으로 조직 배양물 중의 미분화 세포를 대상으로 한 것이지만, 식물의 잎 또는 줄기로부터 취한 분화 세포를 대상으로 할 수도 있다. 대두의 아그로박테리움-매개된 형질전환을 위한 수많은 절차가 개발되었는데, 이는 형질전환된 외식편 조직에 근거하여 대략적으로 분류될 수 있다.
미국 특허 번호 7,696,408(Olhoft 등)에는 외떡잎 식물과 쌍떡잎 식물 모두를 형질전환시키기 위한 떡잎 마디 방법이 개시되어 있다. 이러한 "떡잎 마디" 방법은 떡잎 마디 바로 아래를 절단함으로써 5 내지 7일생 대두 묘목으로부터 하배축(hypocotyl)을 제거하는 단계, 나머지 하배축 절편을 떡잎으로 분열 및 분리시키는 단계, 및 떡잎으로부터 상배축(epicotyl)을 제거하는 단계를 포함한다. 떡잎 외식편은 곁눈 및/또는 떡잎 마디의 영역에 상처를 내고, 아그로박테리움 투메파시엔스와 함께 5일 동안 암실에서 배양한다. 이 방법은 종자의 시험관내 발아가 필요하고, 상처를 내는 단계로 인해 상당한 변동성이 도입된다.
미국 특허 번호 6,384,301(Martinelli 등)에는 대두 종자로부터 절제된 대두 배아로부터의 생 분열 조직 내로 아그로박테리움-매개된 유전자를 전달한 다음, 이러한 분열조직 외식편을 선택 제제 및 호르몬과 함께 배양하여 싹 형성을 유도하는 것이 개시되어 있다. "떡잎 마디" 방법과 마찬가지로, 분열조직 외식편은 감염시키기 이전에 상처를 내는 것이 바람직하다.
미국 특허 번호 7,473,822(Paz 등)에는 "반-종자 외식편" 방법으로 불리우는 변형된 떡잎 마디 방법이 개시되어 있다. 성숙한 대두 종자는 흡수되고, 표면 멸균되며, 제(hilum)를 따라 분열된다. 감염시키기 이전에, 배축(embryonic axis) 및 싹을 완전히 제거하지만, 다른 상처는 전혀 내지 않는다. 아그로박테리움-매개된 형질전환이 진행되고, 잠재적 형질전환체를 선택하며, 외식편을 선택 배지 상에서 재생시킨다.
이들 방법을 이용하는 경우 형질전환 효율은 여전히 비교적 낮은데, "떡잎 마디" 방법의 경우에는 대략 0.3% 내지 2.8%이고, "분열조직 외식편" 방법의 경우에는 1.2 내지 4.7%이며, "반-종자 외식편" 방법의 경우에는 3.2% 내지 8.7%(전반적으로 4.9%)이다. 관련 기술분야에서는 대략 3%의 형질전환 효율이 전형적이다.
개선된 "분열-종자" 트랜스제닉 프로토콜은 트랜스제닉 대두 생성물의 향후 생산과 개발을 가속시킬 수 있다. 트랜스진을 대두 조직 내로 안정적으로 통합시키기 위한 효율적이며 고 처리량의 방법은 육종 프로그램을 촉진시킬 것이고, 작물 생산성을 증가시킬 수 있는 잠재력을 지니고 있다.
자동화된 종자 준비 방법 및 장치가 개시되어 있다. 일 양태에 따라, 이 방법은 표면 또는 용기 상에서 종자의 위치를 결정하는 단계, 자동화된 툴로 종자를 잡는 단계, 종자를 절단하거나 상처를 내기 위해 배향시키는 단계, 및 종자가 배향되었을 때 종자를 절단하거나 상처를 내는 단계를 포함한다. 또한, 이 방법은 종자의 배축을 부분적으로 절단하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 절단되거나 상처난 종자는 외인성 DNA로 형질전환된다.
본 개시물의 범위는 특정 구조나 사용된 특정 용어에 한정되지 않는다. 예컨대, 용어 "로봇 암"은 용어 "자동화된 툴"로 치환될 수 있다. 또한, 용어 "표면" 또는 "용기"는 용어 "트레이"를 치환할 수 있으며, 용어 "절단 블록"은 용어 "절단 표면", "지지 블록" 또는 "블록"으로 치환될 수 있다.
자동화된 종자 준비 방법은 적어도 하나의 종자를 포함한 트레이의 화상을 촬영하는 단계, 촬영된 화상에 기초하여 표면 또는 용기(예컨대, 트레이) 상에서 종자의 위치를 결정하는 단계, 종자를 자동화된 툴(예컨대, 로봇 암)로 파지하는 단계, 종자를 이분(bisection)하기 위해 절단 표면(예컨대, 절단 블록) 상에서 종자를 배향시키는 단계, 및 종자가 절단 표면 상에서 배향되었을 때 종자를 이분하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 또한, 이 방법은 종자의 배축을 부분적으로 절단하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 종자의 위치를 결정하는 단계는 복수의 종자가 놓인 트레이 상에서 종자의 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 이 방법은 트레이로부터 별도의 위치로 종자를 이동시키기 위해 로봇 암을 작동시키는 단계, 별도의 위치에서 종자의 복수의 화상을 촬영하는 단계, 및 촬영된 복수의 화상에 기초하여 이분하기 위해 종자의 적절한 방위를 결정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 화상은 하나 이상의 시각으로부터 화상 세트를 촬영하는 하나의 카메라에 의해 촬영될 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 화상을 촬영하는 단계는 제1 시각으로부터 종자의 제1 화상 세트를 촬영하기 위해 제1 카메라를 작동시키는 단계, 및 제1 시각과는 다른 제2 시각으로부터 종자의 제2 화상 세트를 촬영하기 위해 제2 카메라를 작동시키는 단계를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은, 화상 세트는 하나의 화상 또는 복수의 화상을 포함할 수 있다.
또한, 일부 실시예에서, 종자의 적절한 방위를 결정하는 단계는 종자의 제의 중심과 종자의 종축의 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 종자를 이분하기 위해 절단 표면(예컨대, 절단 블록) 상에서 종자를 배향시키는 단계는 종자의 제의 중심과 종자의 종축에 의해 형성되는 가상 평면을 따라 절단 장치의 절단 블레이드와 종자를 정렬시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 이 방법은 절단 표면 상에서 종자의 위치가 결정되었을 때 종자의 배축을 정리(trimming)하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 촬영된 복수의 화상에 기초하여 이분하기 위해 종자의 적절한 방위를 결정하는 단계는 배축을 정리하기 위해 종자의 적절한 방위를 결정하는 단계를 포함할 수도 있다. 종자의 배축을 정리하는 단계는 종자의 종축에 대해 수직하게 절단 블레이드를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 절단 표면 상에서 종자를 이분하는 단계는 종자의 배축을 정리한 후에 종자를 이분하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 절단 표면 상에서 종자를 이분하는 단계는 전체 종자보다 작은 부분을 절단하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이 방법은 이분된 종자를 아그로박테리움 투메파시엔스 용액으로 이동시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 이 방법은 종자를 파지하기 전에 자동화된 툴(예컨대, 로봇 암)의 그립을 멸균하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 절단 블레이드를 선택하기 위해 자동화된 툴 또는 로봇 암을 작동시키는 단계, 및 절단 블레이드를 절단 장치에 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 종자가 절단 블록 상에서 배향되었을 때 절단 블레이드를 종자 내로 삽입함으로써 종자를 이분하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이 방법은 종자를 이분한 후 동일하거나 상이한 자동화된 툴로 절단 블레이드를 파지하는 단계, 및 절단 장치에서 절단 블레이드를 제2 절단 블레이드로 교환하기 위해 자동화된 툴을 작동시키는 단계를 포함할 수 있다.
다른 양태에 따라, 종자 준비 장치는 표면 또는 트레이 상에 배치된 종자의 제1 화상 세트를 촬영하도록 구성된 제1 카메라, 종자를 파지하여 표면 또는 트레이로부터 조명된 챔버로 종자를 이동시키기 위해 작동할 수 있는 로봇 암, 조명된 챔버 내의 종자의 제2 화상 세트를 촬영하도록 구성된 제2 카메라, 및 종자를 수용하도록 구성된 절단 블록을 포함한다. 로봇 암은 종자를 이분하기에 적절한 방위로 절단 블록 상에 종자를 배치하기 위해 추가로 작동할 수 있다.
일부 실시예에서, 종자 준비 장치는 트레이 상의 종자를 조명하기 위해 트레이의 제1 측면에 배치된 광원을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 조명된 챔버는 조명된 돔 내에 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 종자 준비 장치는 조명된 챔버 내의 종자의 제3 화상 세트를 촬영하도록 구성된 제3 카메라, 및 종자의 적절한 방위를 결정하기 위해 제2 화상 세트와 제3 화상 세트를 분석하도록 구성된 전자 제어기를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 종자 준비 장치는 조명된 챔버의 내부를 조명하도록 구성된 광원을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전자 제어기는 트레이 상에서 종자의 위치를 결정하기 위해 제1 화상 세트를 분석하도록 추가로 구성될 수 있다.
다른 양태에 따라, 종자 준비 장치는 챔버, 트레이 상의 종자의 제1 화상 세트를 촬영하도록 구성된 제1 카메라, 챔버 내의 종자의 제2 화상 세트를 촬영하도록 구성된 제2 카메라, 종자를 이분하도록 구성된 절단 장치, 이동을 위해 종자를 파지하는 파지 장치를 포함한 로봇 암, 및 전자 제어기를 포함한다. 전자 제어기는, 제1 화상 세트에 기초하여 트레이 상에서 종자의 위치를 결정하고, 트레이 상의 종자를 붙잡고 제2 화상 세트에 기초한 방위로 종자를 절단 장치로 이동시키기 위해 로봇 암을 작동시키며, 종자를 이분하기 위해 절단 장치를 작동시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 전자 제어기는 트레이로부터 챔버로 종자를 이동시키기 위해 로봇 암을 작동시키고, 제2 화상 세트를 촬영하기 위해 제2 카메라를 작동시키도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 전자 제어기는 종자를 이분하고 종자의 배축을 정리하기 위하여 종자의 적절한 방위를 결정하기 위해 종자의 복수의 화상을 분석하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 로봇 암은 적절한 방위로 종자를 배치하기 위해 종자를 절단 장치로 이동시키도록 구성될 수 있으며, 절단 장치는 종자가 적절한 방위로 절단 장치 내에 배치되어 있을 때 종자의 배축을 정리하도록 구성된다.
본 개시물의 다른 양태에 따라, 절단 블록이 개시되어 있다. 절단 블록은 전방 벽체와 전방 벽체로부터 멀리 연장하는 실질적으로 평탄한 상부 벽체를 포함하는 본체를 포함한다. 전방 벽체에는 제1 개구가 형성되고, 상부 벽체에는 제2 개구가 형성되며, 제1 개구 및 제2 개구로부터 내측으로 복수의 내벽이 연장하여 전방 벽체와 상부 벽체에 슬롯을 형성한다. 슬롯은 절단 툴을 수용할 수 있는 크기로 되어 있다. 절단 블록은, 절단 툴이 슬롯을 따라 전진하여 종자와 접촉할 수 있도록, 대두 종자와 같은 종자 또는 대두 종자 크기의 임의의 종자를 지지할 수 있는 크기로 되어 있다.
일부 실시예에서, 상부 벽체는 전방 벽체로부터 후방 에지까지 연장될 수 있다. 본체는 후방 에지로부터 상방으로 연장하는 실질적으로 평탄한 측벽을 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 측벽은 상부 벽체의 후방 에지로부터 상부 에지까지 연장하는 제1 측벽일 수 있다. 본체는 제1 측벽의 상부 에지로부터 연장하는 제2 측벽을 추가로 포함할 수 있다. 제2 측벽은 본체의 제1 측벽과 상부 벽체에 대해 경사지게 연장할 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 측벽은 제1 측벽의 상부 에지로부터 상단 에지까지 연장할 수 있으며, 본체는 제2 측벽의 상단 에지로부터 연장하는 상단 벽체를 추가로 포함할 수 있다. 상단 벽체는 제2 측벽에 대해 경사지게 연장할 수 있다.
일부 실시예에서, 상단 벽체는 절단 블록의 상부 벽체에 대해 평행하게 연장할 수 있다.
일부 실시예에서, 슬롯은 전방 벽체의 제1 개구로부터 전방 벽체와 상부 벽체의 후방 에지 사이에 배치된 백 에지(back edge)까지 연장할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 개구는 전방 벽체의 중앙에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 본체는 단일의 모놀리식 금속성 본체로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 본체는 자동화된 절단 시스템에 의해 표면에 고정될 수 있다.
추가적인 실시예에서, 조합물이 개시되어 있다. 조합물은 본원의 각각의 절단 블록과 대두 종자(o)와 같은 종자 또는 대두 종자 크기의 임의의 종자를 포함한다. 대두 종자는 형질전환을 위해 절단되거나, 이분되거나, 정리되거나, 그렇지 않으면, 상처날 수 있다. 일부 실시예에서, 종자의 배축이 형질전환을 위해 정리될 수 있다.
다른 양태에 따라, 절단 시스템이 개시되어 있다. 절단 시스템은 절단 툴을 포함한 자동화된 절단 시스템, 및 상부 벽체와 상부 벽체에 형성되어 자동화된 절단 시스템의 절단 툴을 수용하는 크기로 되어 있는 슬롯을 포함한 절단 블록을 포함한다. 자동화된 절단 시스템은 절단 블록에 대해 제1 축을 따라 절단 툴을 선형적으로 이동시키고, 슬롯에 삽입할 수 있도록 절단 툴을 배치하기 위하여 제1 축을 중심으로 절단 툴을 회전시키기 위해 작동할 수 있다.
일부 실시예에서, 자동화된 절단 시스템은 제1 축을 따라 절단 툴을 선형적으로 이동시키기 위해 작동할 수 있는 전기 모터, 및 제1 축을 중심으로 절단 툴을 회전시키기 위해 작동할 수 있는 공압 장치를 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 자동화된 절단 시스템은 절단 툴을 수용하도록 구성된 한 쌍의 이동 가능한 조오(jaw)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 이동 가능한 조오는 절단 툴이 조오로부터 제거될 수 있는 해제 위치와 절단 툴이 조오에 유지되는 잠금 위치 사이에서 이동하도록 작동 가능할 수 있다.
일부 실시예에서, 자동화된 절단 시스템은 해제 위치와 잠금 위치 사이에서 한 쌍의 조오를 이동시키기 위해 작동할 수 있는 제2 공압 장치를 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 자동화된 절단 시스템은 프로세서, 메모리 장치, 및 메모리 장치 내에 저장된 복수의 명령어를 포함하는 전자 제어기를 추가로 포함할 수 있으며, 복수의 명령어는, 프로세서에 의해 실행될 때, 프로세서로 하여금 제1 압축 공기 공급원을 작동시켜서 한 쌍의 조오를 해제 위치로부터 잠금 위치로 이동시키게 하고, 제2 압축 공기 공급원을 작동시켜서 절단 툴이 수직으로 연장하는 방위까지 제1 축을 중심으로 절단 툴을 회전시키게 하며, 제1 전기 모터를 작동시켜서 절단 블록에 형성된 슬롯 내로 절단 툴을 전진시키게 한다. 일부 실시예에서, 전자 제어기는 복수의 명령어를 추가로 포함할 수 있으며, 복수의 명령어는, 프로세서에 의해 실행될 때, 프로세서로 하여금 제1 전기 모터를 작동시켜서 절단 블록에 형성된 슬롯으로부터 절단 툴을 제거하게 하고, 제2 압축 공기 공급원을 작동시켜서 절단 툴이 수평으로 연장하는 제2 방위까지 제1 축을 중심으로 절단 툴을 회전시키게 하며, 제1 전기 모터를 작동시켜서 절단 블록의 상부 벽체 위로 절단 툴을 전진시키게 한다.
일부 실시예에서, 절단 블록은 전방 벽체와 전방 벽체로부터 멀리 연장하는 실질적으로 평탄한 상부 벽체를 포함할 수 있으며, 전방 벽체에는 제1 개구가 형성되고, 상부 벽체에는 제2 개구가 형성되며, 제1 개구 및 제2 개구로부터 내측으로 복수의 내벽이 연장하여 전방 벽체와 상부 벽체에 슬롯을 형성한다.
일부 실시예에서, 절단 툴은 자동화된 절단 시스템에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
다른 양태에 따라, 종자 절단 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 절단 블록에 형성된 슬롯 내로 제1 축을 따라 절단 툴을 전진시키는 단계와, 종자에 제1 절단부를 만들기 위해 제1 축을 중심으로 절단 툴을 회전시키는 단계, 및 제2 절단부를 만들기 위해 종자 내로 절단 툴을 전진시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 절단 툴은 압축 공기 공급원 또는 전기 모터를 작동시킴으로써 회전될 수 있다. 일부 실시예에서, 절단 툴은 하나 이상의 전기 모터를 작동시킴으로써 종자 내로 진진될 수 있다.
일부 실시예에서, 이 방법은 한 쌍의 조오에 절단 툴을 배치하는 단계, 및 한 쌍의 조오에 절단 툴을 고정하기 위해 한 쌍의 조오를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 한 쌍의 조오는 절단 툴과 결합하기 위해 서로 이격될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 한 쌍의 조오는 압축 공기 공급원을 작동시킴으로써 이동될 수 있다.
일부 실시예에서, 한 쌍의 조오에 절단 툴을 배치하는 단계는 로봇 암과 같이 자동화된 툴에 절단 툴을 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 이 방법은 흡입을 통해 로봇 암에 절단 툴을 부착하기 위해 음압 공급원을 작동시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
다른 양태에 따라, 종자 촬상 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 돔과 같은 조명된 구조 내에 제를 포함한 종자를 배치하기 위해 로봇 암과 같이 자동화된 툴을 사용하는 단계, 조명된 돔의 중심축에 대해 수직하게 연장하는 제1 평면 상으로 종자를 투영하는 단계, 제1 평면에 배치된 제1 가상 수평선에 대해 평행하게 종자를 배향시키기 위해 종자를 회전시키는 단계, 제1 평면에 대해 수직하게 연장하는 제2 평면 상으로 종자를 투영하는 단계, 제2 평면에 배치된 제2 가상 수평선에 대해 평행하게 종자를 배향시키는 단계, 종자의 제와 제2 가상 수평선 사이의 거리를 식별하는 단계, 및 식별된 거리에 기초하여 제2 가상 수평선 상에 제를 배치하기 위해 종자를 배향시키는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같이, 본 개시물의 범위는 개시된 구조나 사용된 용어에 한정되지 않는다. 따라서, 용어 "조명된 돔"은, 예컨대, 용어 "조명된 구조"로 치환될 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 가상 수평선 상에 제를 배치하기 위해 종자를 배향시키는 단계는 제2 가상 수평선 상에 제의 중심을 배치하기 위해 종자를 배향시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 가상 수평선 상에 제의 중심을 배치하기 위해 종자를 배향시키는 단계는 제의 질량 중심이 종자의 질량 중심과 일치하도록 종자를 배향시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 일부 실시예에서, 이 방법은 종자의 배아의 위치를 식별하는 단계, 제2 가상 수평선을 따라 종자의 외부 에지 및 식별된 위치에 가장 가까운 제의 에지를 식별하는 단계, 및 종자의 배축을 정리하기 위한 지점을 종자의 외부 에지와 제의 에지 사이에서 식별하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 배아의 위치를 식별하는 단계는 특징 정합을 이용하여 제2 평면 상으로의 종자의 하나 이상의 투영을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 평면 상으로 종자를 투영하는 단계는 제1 카메라로 제1 화상 세트를 촬영하는 단계를 포함할 수 있고, 제2 평면 상으로 종자를 투영하는 단계는 제2 카메라로 제2 화상 세트를 촬영하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 카메라는 제2 카메라의 광축에 대해 평행한 광축을 가질 수 있고, 제1 카메라로 제1 화상 세트를 촬영하는 단계는 제1 카메라의 광축에 대해 45°각도로 연장하는 미러에서 반사된 광을 촬영하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 가상 수평선에 대해 평행하게 종자를 배향시키기 위해 종자를 회전시키는 단계는 제1 가상 수평선에 대해 평행하게 종자가 배향되지 않았다는 결정에 응답하여 종자를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 가상 수평선에 대해 평행하게 종자를 배향시키는 단계는 제2 가상 수평선에 대해 평행하게 종자가 배향되지 않았다는 결정에 응답하여 종자를 배향시키는 단계를 포함할 수 있으며, 제를 제2 가상 수평선 상에 배치하기 위해 종자를 배향시키는 단계는 제2 가상 수평선 상에 제가 배치되지 않았다는 결정에 응답하여 종자를 배향시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 이 방법은 제1 가상 수평선에 대한 종자의 방위를 결정하기 위해 제1 평면 상으로의 종자의 투영과 대응하는 제1 화상 세트를 분석하는 단계, 및 제2 가상 수평선에 대한 종자의 방위를 결정하기 위해 제2 평면 상으로의 종자의 투영과 대응하는 제2 화상 세트를 분석하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 화상 세트를 분석하는 단계는 종자의 제1 종방향 단부와 제2 종방향 단부를 식별하는 단계, 제1 종방향 단부에서 종자의 좌측 직사각형 수직 단면을 식별하는 단계, 제2 종방향 단부에서 종자의 우측 직사각형 수직 단면을 식별하는 단계, 좌측 직사각형 수직 단면의 질량 중심과 우측 직사각형 수직 단면의 질량 중심을 결정하는 단계, 및 좌측 직사각형 수직 단면의 질량 중심과 우측 직사각형 수직 단면의 질량 중심을 가상 선분으로 상호 연결하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 가상 수평선에 대해 평행하게 종자를 배향시키는 단계는 제2 가상 수평선에 대해 선분이 평행하도록 종자를 배향시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 좌측 직사각형 수직 단면과 우측 직사각형 수직 단면은 각각 적어도 10개의 화상 화소와 동일한 수평 폭을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 화상 세트를 분석하는 단계는 제2 가상 수평선에 대한 선분의 각도를 결정하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 제2 가상 수평선에 대해 평행하게 선분을 배향시키기 위한 종자의 회전량은 결정된 각도에 기초한다.
일부 실시예에서, 이 방법은 제2 가상 수평선에 대해 평행한 종자의 배향에 응답하여 제2 평면 상으로 종자를 투영하는 단계, 및 제와 제2 가상 수평선 사이의 거리를 식별하기 위해 제2 가상 수평선에 대해 평행한 종자의 배향에 응답하여 제2 평면 상으로의 종자의 투영과 대응하는 제3 화상 세트를 분석하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제3 화상 세트를 분석하는 단계는 종자의 종방향 단부를 식별하는 단계, 종방향 단부의 질량 중심과 제의 질량 중심을 결정하는 단계, 및 제의 질량 중심과 종방향 단부의 질량 중심을 가상 선분으로 상호 연결하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 제2 가상 수평선 상에 제를 배치하기 위해 종자를 배향시키는 단계는 선분이 제2 가상 수평선과 일치하도록 종자를 배향시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제3 화상 세트를 분석하는 단계는 제2 가상 수평선에 대한 선분의 각도를 결정하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 제2 가상 수평선과 일치하도록 선분을 배향시키기 위한 종자의 운동량은 결정된 각도에 기초한다.
일부 실시예에서, 이 방법은 제2 평면 상으로의 종자의 투영에 기초하여 절단 블레이드를 배치하기 위해 종자의 높이를 결정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이 높이는 제2 가상 수평선에 대해 수직한 방향으로의 종자의 폭일 수 있다. 일부 실시예에서, 이 방법은 흡입력을 통해 로봇 암에 종자를 부착하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
다른 양태에 따라, 종자 촬상 방법은 종자의 복수의 화상을 촬영하는 단계, 촬영된 복수의 화상에 기초하여 종자의 방위와 종자의 제의 위치를 결정하는 단계, 및 결정된 종자의 방위와 제의 위치에 기초하여 제자리에서 종자를 배향시키기 위해 로봇 암으로 종자를 이동시키는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 복수의 화상을 촬영하는 단계는 제1 시각으로부터 제1 카메라로 종자의 제1 화상 세트를 촬영하는 단계, 및 제1 시각에 대해 수직한 제2 시각으로부터 제2 카메라로 종자의 제2 화상 세트를 촬영하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 종자의 방위를 결정하는 단계는 촬영된 제1 화상 세트의 제1 경계선에 대한 종자의 방위를 결정하는 단계, 및 촬영된 제2 화상 세트의 제2 경계선에 대한 종자의 방위를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 양태에 따라, 종자 촬상 장치는 로봇 암, 하나 이상의 광원, 중심축을 갖고 하나 이상의 광원에 의해 조명되도록 구성된 중공 본체, 중공 본체 내에 배치된 종자의 제1 화상 세트를 촬영하도록 구성된 제1 카메라를 포함한다. 제1 화상 세트는 중심축을 따라 제1 시각으로부터 촬영된다. 종자 촬상 장치는 중심축에 대해 수직한 제2 축을 따라 제2 시각으로부터 종자의 제2 화상 세트를 촬영하도록 구성된 제2 카메라, 및 이분하기 위해 종자의 적절한 방위를 결정하고 로봇 암에게 종자를 적절한 방위로 이동시키도록 명령하기 위해 제1 화상 세트와 제2 화상 세트를 분석하도록 구성된 전자 제어기를 포함한다.
일부 실시예에서, 제1 카메라의 광축은 제2 카메라의 광축에 대해 평행할 수 있고, 제1 카메라는 제1 카메라의 광축에 대해 45°각도로 연장하는 미러에서 반사된 광을 촬영하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 로봇 암은 종자의 측면에 흡입력을 인가함으로써 종자를 고정하도록 구성될 수 있다.
상세한 설명은 다음의 도면을 특별히 참조한다.
도 1은 유전자 형질전환용 종자 준비 시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1의 시스템의 평면도이다.
도 3은 도 2의 시스템의 도크(dock)의 일부분의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 시스템의 촬상 스테이션의 사시도이다.
도 5는 도 4의 촬상 스테이션의 분해 사시도이다.
도 6은 도 2의 시스템의 절단 장치의 사시도이다.
도 7은 도 6의 절단 장치의 절단 블록의 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 절단 블록의 평면도이다.
도 9의 도 7 및 도 8의 절단 블록의 측면도이다.
도 10a는 결합 해제 위치에 있는 조오를 도시하고 있는 도 6의 절단 장치의 평면도이다.
도 10b는 결합 해제 위치에 있는 조오를 도시하고 있는 도 6의 절단 장치의 전방 사시도이다.
도 11a는 결합 위치에 있는 조오를 도시하고 있는 도 10a와 유사한 도면이다.
도 11a는 결합 위치에 있는 조오를 도시하고 있는 도 10a와 유사한 도면이다.
도 12는 도 1의 시스템의 절단 툴 트레이의 사시도이다.
도 13은 도 1의 시스템의 로봇 암의 그립 조립체의 사시도이다.
도 14는 도 1의 시스템의 단순화된 블록도이다.
도 15 및 도 16은 도 1의 시스템의 예시적인 작동 절차를 도시하고 있는 블록도이다.
도 17 내지 도 19는 대두 종자에 대해 원하는 절단 위치와 절단 깊이를 결정하기 위한 예시적인 절차를 도시하고 있는 블록도이다.
도 20 내지 도 26은 도 1의 시스템의 그립을 멸균하는 단계와 절단 툴을 선택하는 단계를 포함하는, 도 15 및 도 16의 작동 절차에서의 다양한 예비 동작을 예시한 도면이다.
도 27 내지 도 29는 도 1의 시스템에 의해 픽업될 종자를 식별하기 위한 도 15 및 도 16의 작동 절차의 화상 촬영 프로세스를 예시한 도면이다.
도 30 및 도 31은 종자를 시스템의 촬상 스테이션으로 이동시키는 도 1의 시스템을 예시한 도면이다.
도 32 내지 도 55는 도 17 내지 도 19의 절차를 수행하는 동안 생성된 화상을 예시한 도면이다.
도 56 내지 도 59는 유전자 형질전환용 종자를 준비하기 위해 종자를 절단하는 도 1의 시스템을 예시한 도면이다.
도 60은 대두 종자의 평면도이다.
도 61은 도 60의 대두 종자의 측면도이다.
도 62는 도 60의 62-62 선을 따라 취한 대두 종자의 단면도이다.
도 63은 도 57의 63-63 선을 따라 취한 대두 종자의 단면도이다.
도 64는 도 59의 64-64 선을 따라 취한 대두 종자의 단면도이다.
도 65는 도 1의 시스템을 사용하여 준비된 한 쌍의 떡잎 절편의 평면도이다.
본 개시물의 개념이 다양한 변형 및 대안적인 형태로 전이되기 쉽지만, 그들의 특정 예시적 실시예를 도면에 예로서 도시하였고, 본원에서 상세하게 설명할 것이다. 그러나, 본 개시물의 개념을 개시된 특정 형태로 제한하고자 하는 의도는 없으며, 오히려, 첨부된 청구범위에 의해 규정된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 모든 변형, 등가물 및 대안을 포함하고자 의도한다는 것을 이해하여야 한다.
본원에 사용된 바와 같은, "떡잎"은, 일반적으로, 종자 식물의 배아 잎 또는 배아의 "1차 잎"을 지칭한다. 또한, 떡잎은 관련 기술분야에서 "종자 잎"으로서 지칭된다. 대두와 같은 쌍떡잎 종은 2개의 떡잎을 갖는다. 떡잎 절편은 이것이 전체 또는 완전한 떡잎이든지 아니면 떡잎의 단편 또는 일부 부분이든지 간에, 떡잎의 어느 부분을 지칭한다. "떡잎 마디"는 종자 또는 묘목 내의 배아에 대한 떡잎의 부착 지점을 지칭하고, 일반적으로 이러한 부착 지점과 연관된 조직을 지칭할 수도 있다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "붙잡기"는 대두 종자를 툴로 잡고 있거나 꽉 붙잡는 것을 지칭한다. 대두 종자를 단단히 움켜잡을 수 있게 하는 어떠한 후속 기전이나 작용도 용어 "붙잡기"의 범위 내인 것으로 간주된다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "절단 블레이드"는 형질전환을 위해 종자를 절단하거나 상처내기에 적합한 면도날, 칼, 물칼, 메스, 끌, 커터, 랜스(lance) 등의 임의의 절단 툴을 포함할 수 있다. 본원에 개시된 실시예에서, 절단 블레이드를 지칭하는 각각의 대상은 형질전환을 위해 종자를 절단하거나 상처내기 위한 레이저 또는 마이크로레이저 방사로 치환될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "종피"는 종자의 보호 피막 역할을 하는 배주의 외피를 지칭한다. 종피는 관련 기술분야에 공지된 다른 유사한 용어 이외에, "외종피(testa)" 또는 "겉껍질(husk)"의 또 다른 설명 용어로써 기재될 수 있다. 종피는 소수성 물질, 예컨대, 수베린, 쿠틴, 리그닌, 칼로스, 펙틴, 왁스, 및 페놀성 산화의 불용성 산물을 함유할 수 있다. 대두와 같은 콩과 식물에서는, 외종피가 두꺼운 벽이 있는 거대보강 세포(macrosclereid cell)의 책상 조직층을 함유하는데, 그의 캡은 코르크화된 표피 아래로 연장되고, 왁스 표피는 더 두꺼운 코르크질 층 외부에 있다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "배축" 또는 "배아 축"은 식물의 배아의 주요 부분을 지칭하고, 일반적으로 상배축과 하배축을 포함한다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "유전적으로 변형된" 또는 "트랜스제닉" 식물은 형질전환에 의해 식물 세포, 식물 조직, 식물 부분, 식물 생식질 또는 식물의 게놈 내로 도입되는, 미리 선택된 DNA 서열을 포함하는 식물 세포, 식물 조직, 식물 부분, 식물 생식질 또는 식물을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "트랜스제닉", "이종", "도입된" 또는 "외래" DNA 또는 유전자는 재조합 DNA 또는 유전자의 수용자인 식물의 게놈에서 자연적으로 발생되지 않거나, 또는 형질전환되지 않은 식물에서 보다는 게놈 내의 상이한 위치 또는 연합에서 수용자 식물에서 발생되는 재조합 DNA 서열 또는 유전자를 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "외식편"은 공여자 식물로부터(예컨대, 공여자 종자로부터) 제거 또는 격리되고, 시험관 내에서 배양되며, 적합한 배지에서 성장할 수 있는, 대두 조직의 조각을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "식물"은 완전 식물, 식물 조직, 식물 부분(화분, 종자, 또는 배아 포함), 식물 생식질, 식물 세포, 또는 식물 군을 지칭한다. 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 식물의 부류는 대두로 제한되지 않지만, 일반적으로 형질전환 기술을 잘 받아들이는 모든 식물(외떡잎 식물과 쌍떡잎 식물 모두 포함)을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같은, 용어 "형질전환"은 핵산 또는 단편을 숙주 유기체 내로 전이 및 통합시켜, 유전적으로 안정한 유전을 생성시키는 것을 지칭한다. 형질전환된 핵산 단편을 함유하는 숙주 유기체는 "트랜스제닉" 또는 "재조합" 또는 "형질전환된" 유기체로서 지칭된다. 공지된 형질전환 방법은 아그로박테리움 투메파시엔스-매개된 또는 아그로박테리움 리조게네스(Agrobacterium rhizogenes)-매개된 형질전환, 인산칼슘 형질전환, 폴리브렌 형질전환, 원형질체 융합, 전기천공, 초음파 방법[예컨대, 소노포레이션(sonoporation)], 리포솜 형질전환, 미세주사, 네이키드(naked) DNA, 플라스미드 벡터, 바이러스성 벡터, 바이오리스틱스(biolistics)(극미립자 충격), 탄화규소 WHISKERS™ 매개된 형질전환, 에어로솔 비밍(beaming), 또는 PEG 형질전환뿐만 아니라 다른 가능한 방법을 포함한다. 도 1을 참조하면, 임의의 공지된 방법으로 유전자를 형질전환하기 위해 종자 또는 종자 외식편을 준비하기 위한 시스템(10)이 도시되어 있다.
시스템(10)은, 예시적으로, 트랜스제닉 대두 생성물의 트랜스제닉 프로토콜 및 개발의 일부로서 대두 종자(이하, 종자(12)라 함)를 준비하도록 구성된다. 예시적인 트랜스제닉 프로토콜이, "효율적이고 고 처리량의 트랜스제닉 이벤트를 발생시키기 위한 개선된 대두 형질전환"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 14/133,370 및 "효율적이고 고 처리량의 트랜스제닉 이벤트를 발생시키기 위한 개선된 대두 형질전환"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 14/134,883에 기술되어 있으며, 이 출원들은 본원에 참조로 명확하게 인용되어 있다. 이 출원들에 개시된 형질전환 방법과 관련하여 본원에 기술된 임의의 장치 및 방법이 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 다른 실시예에서, 본원에 기술된 임의의 장치 및 방법은 외떡잎 식물과 쌍떡잎 식물 모두를 포함하여 형질전환 기술을 잘 받아들이는 다른 부류의 식물과 함께 사용하도록 구성될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
시스템(10)은 다수의 프로세싱 스테이션(14)과, 다수의 프로세싱 스테이션(14)들 사이로 종자(12)를 이동시키는 한 쌍의 로봇 암(16)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 각각의 로봇 암(16)은 다른 로봇 암과 독립적으로 작동하도록 구성된 엡손 모델 C3 6축 관절형 암이다. 다른 실시예에서, 로봇 암(16)은 본원에 기재된 로봇 암과는 다른 자유도를 가질 수 있다. 예컨대, 로봇 암(16)은 적어도 독립된 축을 가진 로봇 암으로 구현될 수 있다. 각각의 암(16)은 종자(12)를 붙잡아 유지하도록 구성된 그립(18)을 포함한다. 시스템(10)은 사용 불가능한 암(16)들 중 하나에 의해 작동될 수 있다. 다른 실시예에서는, 시스템이 프로세싱 스테이션(14)들 사이로 종자(12)를 이동시키기 위해 오직 하나의 로봇 암(16)만을 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 예시적인 실시예에서, 각각의 로봇 암(16)은 대응하는 그립(18)을 그 축을 중심으로 적어도 180°회전시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 프로세싱 스테이션(14)과 로봇 암(16)은 테이블(20) 상에 배치된다. 프로세싱 스테이션(14)은 테이블(20)의 전방에 배치된 도크(22)를 포함한다. 도크(22)는 시스템(10)에 의해 프로세싱하기 위해 종자(12)가 배치될 수 있는 한 쌍의 전달 영역(24)과, 시스템(10)으로 프로세싱된 후의 종자(12)가 배치될 수 있는 한 쌍의 수용 영역(26)을 포함한다. 또한, 스테이션(14)은 종자(12)의 다수의 화상을 촬영하도록 작동할 수 있는 촬상 스테이션(28)을 포함한다. 또한, 시스템(10)은 스테이션(28)에 의해 촬영된 화상에 기초하여 각각의 종자(12)를 절단하도록 작동할 수 있는 절단 스테이션(30)을 포함한다. 또한, 시스템(10)은 로봇 암(16)의 각각의 그립(18)과 절단 스테이션(30)에서 사용하기 위한 절단 블레이드를 수용하는 빈(bin) 또는 트레이(34)를 멸균하도록 구성된 멸균 장치(32)를 포함한다.
사용시, 시스템(10)은 형질전환을 위해 다수의 대두 종자(12)를 자동으로 절단하도록 작동될 수 있다. 그렇게 하기 위해, 시스템(10)은 도크(22)의 전달 영역(24)들 중 하나에 배치된 플레이트(36) 상에서 종자(12)들 중 하나의 위치를 결정할 수 있다. 그 다음, 시스템(10)은 선택된 종자(12)를 그립(18)으로 붙잡아 그 종자(12)를 촬상 스테이션(28)으로 이동시키도록 플레이트(36)에 가장 가까운 로봇 암(16)을 작동시킬 수 있다. 종자(12)의 일련의 화상이 촬영된 후, 형질전환을 위한 종자를 준비하기 위해 종자(12)에 하나 이상의 절단부가 만들어질 수 있도록, 암(16)이 종자(12)를 절단 스테이션(30)으로 전진시킬 수 있다. 종자(12)가 절단된 후, 암(16)이 도크(22)의 수용 영역(26)들 중 하나에 배치된 다른 플레이트(38)로 종자(12)를 이동시킬 수 있다. 그 다음, 사용자는 트랜스제닉 프로토콜에 따라 종자를 추가로 프로세싱하기 위해 절단된 종자를 포함한 플레이트(38)를 제거할 수 있다. 이러한 각각의 프로세싱 단계들과 시스템(10)의 다양한 구성 요소들을 도 3 내지 도 59를 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명한다.
이제, 도 3을 참조하면, 도크(22)의 일부분과 전달 영역(24)들 중 하나가 보다 상세하게 도시되어 있다. 예시적인 실시예에서, 다른 전달 영역(24)은 도 3에 도시된 전달 영역과 동일하다. 전달 영역(24)은 도크(22)의 플레이트(46)에 형성된 개구에 배치되는 원형 베이스(40)를 포함한다. 베이스(40)는 플레이트(36)들 중 하나를 수용하는 크기로 되어 있으며, 예컨대, 유리, 플렉시글라스(Plexiglas) 또는 아크릴과 같은 투명한 재료로 구성된다. 베이스(40)는 상단 표면(42)으로부터 플레이트(46) 아래에 배치된 하단 표면(미도시)까지 연장한다. 베이스(40)가 투명하기 때문에, 베이스(40)의 상단 표면(42)에 안착되어 있는 물체를 하단 표면을 통해(즉, 플레이트(46) 아래에서) 볼 수 있다. 발광 다이오드(LED) 패널(50)이 플레이트(46)의 하단에 결합되어 있으며, 투명 베이스(40)를 통해 베이스의 상단 표면(42)에 안착되어 있는 물체를 조명하도록 구성되어 있다. 예시적인 실시예에서, LED 패널은, 아래에서 보다 상세하게 설명한 바와 같이, 전자 제어기(400)(도 14 참조)에 의해 제어될 수 있는 가변 강도를 갖고 반사율을 최소화하기 위해 충분히 확산되는 적색광을 방출한다.
각각의 종자 반송 플레이트(36)는 그 내부에 형성되어 종자(12)를 수용하는 빈(44)을 갖는다. 도크(22)는 원형 베이스(40)를 둘러싸는 복수의 포스트 또는 가이드 핀(48)을 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 핀(48)은 플레이트(46)로부터 상방으로 연장하며, 베이스(40) 상의 플레이트(36)를 지지 및/또는 고정하도록 설계되어 있다. 다른 실시예에서, 도크(22)는 베이스(40) 상의 플레이트(36)를 안내, 지지 및/또는 고정하기 위해 다른 지지 구조를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 시스템(10)은, 플레이트(36)가 전달 영역(24) 상에 배치될 때, 또는, 보다 구체적으로, 플레이트(36)가 베이스(40) 상에 배치될 때, 플레이트(36) 상에서 종자(12)의 위치를 결정하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 카메라(52)는 도 1에 도시된 바와 같이 절단 영역(24) 위에 배치된다. 카메라(52)는 전자 제어기(400)(도 14 참조)에 전기적으로 결합되며, 플레이트(36)와 종자(12)의 화상을 촬영하도록 작동할 수 있다. 아래에서 보다 상세하게 설명한 바와 같이, 이 화상은, 시스템(10)이 프로세싱을 위해 로봇 암(16)을 종자로 향하게 할 수 있도록, 플레이트(36) 상에서 종자(12)들의 상대 위치와 방위를 결정하기 위해 제어기(400)로 전송된다. 카메라(52)는, 스틸 카메라, 비디오 카메라, 또는 비디오 및/또는 화상을 촬영할 수 있는 다른 장치와 같이, 화상을 촬영하기에 적합한 임의의 장치로 구현될 수 있다. 또한, 카메라에 의해 촬영되는 화상은 카메라의 광축에 대해 수직한 평면 상으로의 카메라의 시야에 있는 장면(예컨대, 전경 물체와 배경)의 투영으로 설명될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 2를 다시 참조하면, 도크(22)는 시스템(10)으로 프로세싱된 후의 종자(12)가 배치될 수 있는 한 쌍의 수용 영역(26)을 또한 포함한다. 전달 영역(24)과 마찬가지로, 각각의 수용 영역(26)은 플레이트(38)들 중 하나를 수용하는 크기로 된 영역을 형성하는 복수의 포스트 또는 가이드 핀(48)을 포함한다. 각각의 핀(48)은 플레이트(46)로부터 상방으로 연장하며, 핀(48)들은 수용 영역(26)에 플레이트(38)를 지지 및/또는 고정하기 위해 서로 협력한다.
전술한 바와 같이, 시스템(10)은 종자(12)의 다수의 화상을 촬영하도록 작동할 수 있는 촬상 스테이션(28)을 또한 포함하며, 다수의 화상은 각각의 종자(12)의 절단 평면을 결정하기 위해 사용된다. 이제, 도 4 및 도 5를 참조하면, 촬상 스테이션(28)은 테이블(20)에 고정된 2개의 카메라(56, 58)와 조명된 돔(54)을 포함한다. 카메라(56, 58)는 전자 제어기(400)(도 14 참조)에 전기적으로 결합되며, 돔(54)의 내부 챔버(62)의 화상을 촬영하도록 작동할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 조명된 돔(54)은 버몬트에 소재한 Advanced Illumination of Rochester에 의해 제작된 8인치 직경의 백색 LED 돔 라이트이다. 조명된 돔(54)은 보울 형상의 챔버(62)를 형성하는 오목한 내벽(60)과 챔버(62)에 대한 액세스를 허용하는 원형 개구(64)를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 돔(54)은 작동 중에 챔버(62)를 조명하기 위해 벽체(60)에 결합된 복수의 LED(78)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, LED(78)는 대략 20개의 LED로 이루어진 링으로 형성되며, 이 LED들은 돔(54) 내부에 있는 물체 상으로의 반사를 방지하기 위해 충분히 확산되며, LED(78)로부터 방출되는 광의 강도를 변화시키기 위해 제어기(400)에 의해 제어될 수 있다. 링은 돔(54)의 상부 내부 에지 주위에 장착된다. 다른 실시예에서는, 다른 광원이 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
돔(54)은 볼록한 외벽(66)과, 외벽(66)으로부터 테이블(20)까지 하방으로 연장하는 복수의 레그(68)를 포함한다. 돔(54)은 볼록한 외벽(66)의 정점에 벽체(60, 66)를 통해 연장하는 하부 개구(70)를 갖는다. 예시적인 실시예에서는, 중심축(72)이 상부 개구(64)의 중심과 하부 개구(70)의 중심을 통해 연장한다. 카메라(56, 58)를 향하고 있는 돔(54)의 측면에서 벽체(60, 66)를 통해 다른 개구(74)가 연장한다. 개구(74)는 중심축(72)에 대해 직각으로 연장하는 종축(76)을 갖는다.
카메라(56, 58)는, 스틸 카메라, 비디오 카메라, 또는 비디오 및/또는 화상을 촬영할 수 있는 다른 장치와 같이, 화상을 촬영하기에 적합한 임의의 장치로 구현될 수 있다. 카메라(56, 58)는 돔(54)의 개구(70, 74)와 각각 정렬된 광축(80, 82)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 광축(80, 82)은 서로 평행하며, 돔(54)의 중심축(72)에 대해 수직이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 개구(74)의 종축(76)은 카메라(58)의 축(82)과 일치한다. 또한, 일부 실시예에서, 각각의 카메라(56, 58)는 렌즈를 포함할 수 있으며, 조명된 돔(54)의 내부에 배치된 종자(12)의 촬영된 화상에서, 종자(12)가 대응하는 카메라(56, 58)의 시야의 적어도 절반 이내에 있도록, 배치될 수 있다.
촬상 스테이션(28)은 돔(54)의 하부 개구(70) 아래에 배치된 경사진 미러(84)를 포함한다. 경사진 미러(84)는 챔버(62)로부터 카메라(56)를 향해 광을 반사시키도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 미러(84)의 표면(86)은 중심축(72)과 카메라(56)의 광축(80) 각각에 대해 45°각도로 경사져 있다. 그 결과, 광이 챔버(62)로부터 광축(80)을 따라 카메라(56)를 향해 반사된다. 다른 실시예에서는, 미러가 생략될 수 있으며, 카메라(56)가 돔(54) 바로 아래에 배치될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 다른 실시예에서는, 카메라(58)가 돔(54)의 다른 측면에 인접하여 배치될 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 카메라(56, 58)들 중 하나가 생략될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 촬상 스테이션(28)은 돔(54)으로 유입되는 미광의 입사를 줄이고 촬상 스테이션(28)에서 수행되는 촬상의 품질을 향상시키기 위해 추가적인 구성 요소를 포함한다. 예를 들면, (예컨대, 촬상 스테이션(28)의 환경으로부터 나온) 미광이 돔(54)으로 유입될 가능성을 줄이기 위해, 돔(54)의 원형 개구(64) 위에 커버(90)가 배치된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 돔(54)은 돔(54)의 림(94)에 형성된 복수의 나사식 보어(92)를 포함한다. 각각의 보어(92)는 돔(54)에 커버(90)를 고정하기 위해 대응하는 고정구(96)를 수용하는 크기로 되어 있다.
커버(90)는 패드(102)에 고정되는 섬유 시트(100)를 포함한다. 패드(102)는 고온 가요성 실리콘 패드로 형성된다. 예시적인 실시예에서, 패드(102)는 카메라(56)에 의해 촬영되는 화상의 품질을 향상시키기 위해 대조적인 배경으로서 기능하도록 검정색이다. 다른 실시예에서는, 패드가 다른 대조적인 색으로 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또 다른 실시예에서는, 패드 및/또는 커버가 촬상 스테이션(28)에서 생략될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 커버(90)는 로봇 암(16)이 종자(12)를 돔(54) 내로 전진시킬 수 있도록 하는 중앙 개구(108)를 갖는다.
촬상의 품질을 향상시키기 위한 다른 구성 요소는 돔(54)에 고정된 백스톱(106)이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 백스톱(106)은 돔(54)의 챔버(62) 내에 배치된다. 백스톱(106)은, 패드(102)와 마찬가지로, 카메라(58)에 의해 촬영되는 종자(12)의 화상을 위한 대조적인 배경으로서의 역할을 하도록 구성된다. 다른 실시예에서는, 백스톱이 다른 대조적인 색으로 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또 다른 실시예에서는, 백스톱이 촬상 스테이션(28)에서 생략될 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 촬상 스테이션(28)이, 조명된 돔(54)에 대해 부가적으로 또는 대안적으로, 예컨대, 다른 조명된 중공 본체 구조, 평탄한 단색 배경 또는 몇몇 다른 적당한 촬상 환경과 같은, 종자(12)의 화상을 촬영하기 위한 환경을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 시스템(10)은 스테이션(28)에 의해 촬영된 화상에 기초하여 각각의 종자(12)를 절단하도록 작동할 수 있는 절단 스테이션(30)을 또한 포함한다. 이제, 도 6을 참조하면, 절단 스테이션(30)은 플랫폼(110)과, 플랫폼(110) 상에서 종자(12)를 절단하도록 작동할 수 있는 절단 장치(112)를 포함한다. 플랫폼(110)은 테이블(20)로부터 상방으로 연장하는 페데스탈(114)과, 페데스탈(114)의 상단부(118)에 고정된 종자 절단 블록(116)을 포함한다. 페데스탈(114)은, 예컨대, 스테인리스 스틸 또는 알루미늄과 같은, 금속성 재료로 형성된다. 예시적인 실시예에서, 절단 블록(116)은, 예컨대, 스테인리스 스틸과 같은, 자성 금속 재료로 형성된다. 다른 실시예에서는, 페데스탈 및/또는 절단 블록이 플라스틱, 테프론 또는 세라믹과 같은 다른 강성 재료로 형성될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 절단 블록(116)은 멸균 또는 수리를 위해 페데스탈(114)로부터 제거되도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 페데스탈(114)은 상단부(118)에 인접하여 배치된 영구 자석(120)을 포함한다. 절단 블록(116)이 페데스탈(114) 상에 배치되었을 때, 자석(120)은 페데스탈(114) 상에 절단 블록(116)을 유지하기 위해 힘을 가한다. 이 자석은 블록(116)을 페데스탈(114) 상에 유지할 필요는 없다는 것을 이해하여야 한다. 예시적인 실시예에서, 페데스탈(114)의 설계는 그 위에 블록(116)을 유지하기에 충분하다.
예시적인 실시예에서, 절단 블록(116)은 본체(122)와, 본체(122)로부터 외측으로 연장하는 플랜지(124)를 갖는다. 본체(122)의 하단부(126)는 실질적으로 평탄한 하단 표면(128)을 갖고, 본체(122)는 실질적으로 평탄한 상단 표면(130)을 갖는다. 하단 표면(128)으로부터 상방으로 한 쌍의 경사면(132, 134)이 연장한다. 경사면(132)은 상단 표면(130)에 대해 수직하게 연장하는 배면(136)에 연결된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 경사면(132)과 배면(136)은 그 내부에 형성된 슬롯(138)을 갖는다.
도 7에 도시된 바와 같이, 페데스탈(114)의 상단부(118)에는 그루브(140)가 형성되며, 그루브(140)는 블록 본체(122)의 하단부(126)를 수용하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 그루브(140)는 실질적으로 평탄한 표면(142)과 이 표면(142)으로부터 상방으로 연장하는 한 쌍의 경사면(144, 146)에 의해 형성된다. 그러한 방식으로, 그루브(140)의 구성은 블록 본체(122)의 하단부(126)의 구성과 실질적으로 일치한다.
또한, 페데스탈(114)은 블록(116)이 그루브(140) 내에 배치되었을 때 절단 블록(116)의 배면(136)을 향하는 후방 벽체(148)를 포함한다. 후방 벽체(148)로부터 외측으로 정렬 핀(150)이 연장한다. 정렬 핀(150)은 절단 블록(116)이 페데스탈(114) 상에 적절하게 배치되도록 보장하기 위해 블록(116)에 형성된 슬롯(138) 내에 수용되는 크기로 되어 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 절단 블록(116)의 플랜지(124)는 본체(122)로부터 전방 벽체(154)까지 외측으로 연장한다. 플랜지(124)는 실질적으로 평탄한 상부 벽체(156)와, 상부 벽체(156)에 대향 배치된 실질적으로 평탄한 하부 벽체(158)를 포함한다. 상부 벽체(156)는 대두 종자(12)를 수용하는 크기로 되어 있다. 다른 실시예에서는, 절단되는 종자의 크기에 따라 상부 벽체(156)의 크기가 조절될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
전방 벽체(154)에는 개구(160)가 형성된다. 각각의 벽체(156, 158)를 통해 슬롯(164)을 형성하기 위해, 플랜지(124)의 전방 벽체(154)로부터 내측으로 복수의 내벽(162)이 연장한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 슬롯(164)이 플랜지(124)의 중앙에 형성되며, 전방 벽체(154)와 플랜지(124)의 후방 에지(174) 사이에 배치된 백 에지(166)까지 연장한다. 아래에서 보다 상세하게 설명한 바와 같이, 슬롯(164)은 절단 블레이드가 수직으로 회전할 때 절단 블레이드(170)를 수용하는 크기로 되어 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 블록 본체(122)는 플랜지(124)의 후방 에지(174)로부터 상부 에지(176)까지 상방으로 연장하는 실질적으로 평탄한 측벽(172)을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 측벽(172)은 상부 벽체(156)에 대해 직각으로 연장한다. 측벽(172)의 상부 에지(176)에는 다른 측벽(178)이 연결된다. 측벽(178)은 블록(116)의 상단 표면(130)에 연결된 상단 에지(180)까지 벽체(156, 172)에 대해 경사지게 연장한다.
도 6을 다시 참조하면, 절단 스테이션(30)은 플랫폼(110) 상에서 종자(12)를 절단하도록 작동할 수 있는 절단 장치(112)를 또한 포함한다. 절단 장치(112)는 절단 블레이드(170)를 수용하도록 구성된 지지 암(190)과, 절단 작업 중에 절단 블레이드(170)를 이동시키도록 구성된 구동 조립체(192)를 포함한다. 구동 조립체(192)는 테이블(20)에 고정되는 구동 스테이지(194)를 포함한다. 구동 스테이지(194)는 하부 본체(196)와, 도 6에 화살표(200)로 표시된 방향으로 하부 본체(196)에 대해 미끄러지도록 구성된 상부 본체(198)를 포함한다. 구동 스테이지(194)는, 제어기(400)에 전기적으로 연결되어 하부 본체(196)에 대해 상부 본체(198)를 이동시키도록 작동할 수 있는 선형 구동 전기 모터(미도시)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 구동 스테이지(194)는 이동 거리가 대략 50㎜인 Aerotech 모델 ANT95-50-L이다.
절단 장치(112)의 구동 조립체(192)는 구동 스테이지(194)와 함께 이동하는 중간 구동 스테이지(210)를 포함한다. 중간 구동 스테이지(210)는 구동 스테이지(194)의 상부 본체(198)에 연결된 베이스(212)를 포함한다. 또한, 구동 스테이지(210)는 베이스(212)에 이동 가능하게 결합된 플랫폼(214)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 플랫폼(214)은 도 6에 화살표(216)로 표시된 방향으로 수직으로 이동하도록 구성된다. 또한, 구동 스테이지(210)는, 제어기(400)에 전기적으로 연결되어 베이스(212)에 대해 플랫폼(214)을 이동시키도록 작동할 수 있는 선형 구동 전기 모터(미도시)를 포함한다. 구동 스테이지(210)는, 예시적으로, 이동 거리가 대략 3㎜인 Aerotech 모델 ANT95-3-V로 구현된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 구동 조립체(192)는 다른 스테이지(194, 210)와 함께 이동하는 회전 스테이지(220)를 포함한다. 회전 스테이지(220)는 구동 스테이지(210)의 플랫폼(214)에 연결된 메인 본체(222)를 포함한다. 또한, 회전 스테이지(220)는 메인 본체(222)에 대해 회동하도록 결합된 장착 샤프트(224)를 포함한다. 장착 샤프트(224)에 의해 축(226)이 형성되며, 장착 샤프트(224)는 화살표(228)로 표시된 방향으로 축(226)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 회전 스테이지(220)는, 예컨대, 압축기와 같은, 압축 공기의 공급원(230)에 연결된다. 공급원(230)은 제어기(400)에 전기적으로 연결된다. 제어기(400)에 의해 작동될 때, 공급원(230)은, 샤프트(224)가 축(226)을 중심으로 공압적으로 구동되도록, 스테이지(220)로 압축 공기를 전진시킬 수 있다. 회전 스테이지(220)는, 예시적으로, EMI Plastics Equipment Swiveling Rotary의 타입 RT25로 구현된다.
절단 장치(112)의 지지 암(190)은 회전 스테이지(220)에 고정된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 지지 암(190)은 스테이지(220)의 장착 샤프트(224)에 고정되는 단부(242)를 가진 세장형 본체(240)를 포함한다. 또한, 지지 암(190)은 본체(240)의 대향 단부(248)에 고정되는 한 쌍의 조오(244, 246)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 각각의 조오(244, 246)는 세장형 본체(240)에 형성된 채널(252) 내에 수용되는 단부(250)를 갖는다. 채널(252)은 종축(254)을 형성하며, 조오(244, 246)들은 채널(252)을 따라 서로를 향해 근접하고 서로로부터 이격되도록 구성된다. 그러한 방식으로, 조오(244, 246)들은 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 지지 암(190)은 압축 공기의 공급원(256)에 연결된다. 공급원(256)은 제어기(400)에 전기적으로 연결된다. 제어기(400)에 의해 작동될 때, 공급원(256)은, 조오(244, 246)들이 채널(252)을 따라 공압적으로 구동되도록, 압축 공기를 지지 암(190)으로 전진시킬 수 있다. 지지 암(190)은, 예시적으로, SMC MHZ2-20C1-M9PZ 그립퍼로 구현된다.
조오(244, 246)는 절단 블레이드(170)를 수용하도록 구성된다. 이제, 도 10 및 도 11을 참조하면, 각각의 절단 블레이드는 본체(260)와, 본체(260)의 길이를 연장시키는 절단 에지(262)를 포함한다. 절단 블레이드(170)가 조오(244, 246)에 고정될 때, 절단 에지(262)는 회전축(226)으로부터 오프셋된다. 또한, 본체(260)는 절단 블레이드(170)를 장치(112)에 고정하기 위해 조오(244, 246)에 의해 결합되는 한 쌍의 길쭉한 장착 홀(264)을 포함한다. 절단 블레이드(170)는, 예시적으로, 스틸과 같은 금속성 재료로 형성된다.
각각의 조오(244, 246)는 단부(250)로부터 선단(270)까지 연장한다. 각각의 조오(244, 246)는 선단(270)의 내부 에지(274)를 따라 배치된 내부 탭(272)을 포함한다. 각각의 탭(272)은 절단 블레이드(170)의 홀(264)들 중 하나에 배치되는 크기로 되어 있다. 예시적인 실시예에서, 각각의 조오(244, 246)는 각각의 탭(272)의 베이스에 형성된 슬롯(276)(도 10b 참조)을 또한 포함한다. 예시적인 실시예에서, 각각의 슬롯은 블레이드를 포획하여 그 레벨을 유지하도록 구성된다. 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 조오(244, 246)들이 이격될 때 블레이드(170)가 슬롯(276) 내로 전진함으로써, 블레이드를 조오(244, 246)에 고정하게 된다. 또한, 각각의 조오(244, 246)는 선단(270)의 외부 에지(280)를 따라 배치된 외부 탭(278)을 포함한다. 외부 탭(278)은 블레이드가 조오(244, 246)에 삽입될 때 블레이드(170)의 정렬을 돕기 위해 경사진 에지(282)를 포함한다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 지지 암(190)의 세장형 본체(240)는 종축(284)을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 절단 블레이드(170)는 조오(244, 246)에 고정될 때 축(284)으로부터 오프셋된다. 작동 중에, 축(284)으로부터의 절단 블레이드(170)의 오프셋은 절단 블레이드(170)를 낮춤으로써, 대두 종자를 절단할 때 절단 블레이드가 로봇 암에 접촉할 위험을 감소시킨다.
이제, 도 12를 참조하면, 미사용 절단 블레이드(170)를 보관하기 위한 트레이(34)가 로봇 암(16)들 사이에 배치된다. 트레이(34)는 광원(304) 위에 배치된 용기(302)를 포함한다. 용기(302)는, 예시적으로, 플렉시글라스 등과 같은 투명한 재료로 형성된다. 용기(302)는 하단 벽체(306)와, 하단 벽체(306)로부터 상방으로 연장하는 복수의 측벽(308)을 포함한다. 벽체(306, 308)들은 미사용 절단 블레이드(170)를 수용하기 위한 크기로 된 챔버(310)를 형성하기 위해 서로 협력한다.
예시적인 실시예에서, 트레이(34)의 광원(304)은 하단 벽체(306) 아래에 배치된다. 광원(304)은 하단 벽체(306)를 통해 챔버(310) 내로 광을 투영하도록 작동할 수 있다. 광원(304)은, 예시적으로, 적색 발광 다이오드(LED)로 구현된다. 다른 실시예에서는, 다른 색의 LED가 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또 다른 실시예에서는, 다른 광원이 사용될 수 있다.
시스템(10)은 트레이(34) 위에 장착되는 트레이 카메라(312)를 포함한다. 이 카메라(312)는 챔버(310)의 내용물의 화상을 촬영하도록 작동할 수 있다. 카메라(312)는 전자 제어기(400)(도 14 참조)에 전기적으로 결합된다. 아래에서 보다 상세하게 설명한 바와 같이, 이 화상은, 시스템(10)이 검색을 위해 로봇 암(16)을 블레이드(170)로 향하게 할 수 있도록, 트레이(34) 내에서 블레이드(170)들의 상대 위치와 방위를 결정하기 위해 제어기(400)로 전송될 수 있다.
이제, 도 13을 참조하면, 시스템(10)의 각각의 로봇 암(16)은 대두 종자(12)를 붙잡아 유지하도록 구성된 그립 조립체(320)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 그립 조립체(320)는 각각의 암(16)의 원위부(324)에 부착되는 본체(322)를 포함한다. 또한, 그립 조립체(320)는 그립(18)에 본체(322)를 부착하는 현가 메커니즘(326)을 포함한다. 본체(322)는 암 원위부(324)에 고정되는 근위 디스크(328)와, 이 디스크(328)로부터 원위 디스크(332)까지 연장하는 복수의 포스트(330)를 갖는다.
현가 메커니즘(326)은 디스크(332)에 고정된 근위 단부(334)로부터 원위 단부(336)까지 연장한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 현가 메커니즘(326)의 원위 단부(336)에 그립(18)이 고정된다. 현가 메커니즘(326)은, 그립(18)이 전진하여 대두 종자(12)를 분쇄하지 않고 종자와 접촉할 수 있도록, 화살표(338, 340)로 표시된 바와 같이 그립(18)의 약간의 축방향 운동을 허용하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 현가 메커니즘(326)은 화살표(340)로 표시된 방향으로 그립(18)을 외측으로 편향시키는, 예컨대, 나선형 스프링(342)과 같은, 편향 요소를 포함한다.
조립체(320)의 그립(18)은 종자(12)를 붙잡아 유지하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 그립(18)은 현가 메커니즘(326)의 원위 단부(336)에 고정되는 원통형 본체(350)를 포함한다. 본체(350)는, 예컨대, DuPont Corporation으로부터 상업적으로 이용가능한 비톤(Viton)과 같은, 엘라스토머 재료로 형성된다. 다른 실시예에서는, 다른 엘라스토머 재료가 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 본체(350)는 제한된 가요성을 본체(350)에 제공하는 벨로우즈를 포함한다. 또한, 본체(350)는 그립(18)의 멸균을 허용하기 위해 높은 온도 정격을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 이 온도 정격은 446℉이다. 다른 실시예에서는, 다른 엘라스토머 재료가 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
그립 조립체(320)는 진공을 통해 종자(12)를 붙잡아 유지하도록 구성된다. 그렇게 하기 위해, 그립(18)은 축(358)을 따라 본체(350)를 통해 길이 방향으로 연장하는 중공 통로(352)를 포함한다. 통로(352)는 현가 메커니즘(326)에 형성된 통로(354)와 그립 조립체(320)의 본체(322)와 음압 공급원(356)에 연결된다. 음압 공급원(356)은 예시적으로 펌프로 구현되며, 제어기(400)에 전기적으로 결합된다. 제어기(400)는 공급원(356)을 작동시켜서, 통로(352, 354)를 통해 진공을 흡인하여 종자(12)를 그립(18)에 고정하도록 할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 그립(18)은 종자(12)의 평균 길이의 50% 미만의 반경을 갖고, 이 평균 길이는, 예컨대, 종자(12)의 특정 종에 따라, 달라질 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 그립 조립체(320)는 본체(350)에 고정되는 보조 커버(360)를 또한 포함한다. 보조 커버(360)는 종자(12)를 촬상하는 동안 조명된 돔(54)으로 미광이 유입되는 것을 방지하도록 설계되어 있다. 커버(360)는 검정색 발포 재료로 형성된 하단 패드(362)와, 검정색 펠트로 형성된 상단 패드(364)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 커버(360)는 접착제를 통해 원위 디스크(332)에 고정된다. 다른 실시예에서는, 커버(360)가 나사 또는 볼트와 같은 고정구로 고정될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 커버(360)는 돔(54)의 커버(90)의 중앙 개구(108)를 봉입하기에 충분한 대략 3.5 인치의 직경을 갖는다.
이제, 도 14를 참조하면, 시스템(10)은 전자 제어기(400)를 포함한다. 제어기(400)는, 본질적으로, 시스템(10)과 연관된 센서들에 의해 송신된 전기 신호를 해석하는 것과 시스템(10)과 연관되어 전자적으로 제어되는 구성 요소를 활성화시키거나 통전하는 것을 담당하는 마스터 컴퓨터이다. 예컨대, 전자 제어기(400)는 카메라(52, 56, 58, 312), 돔 라이트(78), 로봇 암(16), 구동 스테이지(194, 210) 등의 작동을 제어하도록 구성된다. 도 14에는 전자 제어기(400)가 단일 유닛으로 도시되어 있으나, 제어기(400)는 다양한 구성 요소를 위한 다수의 개별 제어기와 아울러, 다양한 개별 제어기에 대해 신호를 송수신하는 중앙 컴퓨터를 포함할 수 있다. 또한, 전자 제어기(400)는 시스템(10)의 다양한 작동이 수행되어야 할 때를 결정한다. 아래에서 보다 상세하게 설명한 바와 같이, 전자 제어기(400)는, 시스템(10)이 트랜스제닉 프로토콜에서 사용하기 위한 대두 종자(12)를 선택하여 프로세싱하도록, 시스템(10)의 구성 요소를 제어하도록 작동할 수 있다.
그렇게 하기 위해, 전자 제어기(400)는 전기 기계 시스템의 제어에 이용되는 전자 유닛과 일반적으로 연관되는 다수의 전자 구성 요소를 포함한다. 예컨대, 전자 제어기(400)는, 그러한 장치에 통상적으로 포함되는 다른 구성 요소들 중에서, 마이크로프로세서(402)와 같은 프로세서와, 소거 가능한 PROM(EPROM 또는 EEPROM)을 포함하는 프로그래머블 읽기-전용 메모리 장치("PROM")와 같은 메모리 장치(404)를 포함할 수 있다. 메모리 장치(404)는, 예컨대, 마이크로프로세서(402)에 의해 실행될 때, 전자 제어기(400)가 시스템(10)의 작동을 제어할 수 있도록 하는 소프트웨어 루틴(또는 루틴들)의 형태로, 특히, 명령을 저장하기 위해 제공된다.
또한, 전자 제어기(400)는 아날로그 인터페이스 회로(406)를 포함한다. 아날로그 인터페이스 회로(406)는 다양한 구성 요소로부터의 출력 신호를 마이크로프로세서(402)의 입력에 제공하기에 적합한 신호로 변환한다. 특히, 아날로그 인터페이스 회로(406)는, 아날로그-투-디지털(A/D) 컨버터(미도시) 등을 이용하여, 센서에 의해 발생된 아날로그 신호를 마이크로프로세서(402)가 사용하기 위한 디지털 신호로 변환한다. A/D 컨버터는 개별 장치 또는 다수의 장치로 구현될 수 있거나, 마이크로프로세서(402)에 통합될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 시스템(10)과 연관된 센서들 중 하나 이상의 임의의 센서가 디지털 출력 신호를 발생시키는 경우, 아날로그 인터페이스 회로(406)는 바이패스될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
마찬가지로, 아날로그 인터페이스 회로(406)는 마이크로프로세서(402)로부터의 신호를 시스템(10)과 연관되어 전기적으로 제어되는 구성 요소(예컨대, 로봇 암(16))에 제공하기에 적합한 출력 신호로 변환한다. 특히, 아날로그 인터페이스 회로(406)는, 디지털-투-아날로그(D/A) 컨버터(미도시) 등을 이용하여, 마이크로프로세서(402)에 의해 발생된 디지털 신호를 시스템(10)과 연관되어 전기적으로 제어되는 구성 요소가 사용하기 위한 아날로그 신호로 변환한다. 전술한 A/D 컨버터와 마찬가지로, D/A 컨버터는 개별 장치 또는 다수의 장치로 구현될 수 있거나, 마이크로프로세서(402)에 통합될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 시스템(10)과 연관되어 전기적으로 제어되는 구성 요소들 중 하나 이상의 임의의 구성 요소가 디지털 입력 신호로 작동하는 경우, 아날로그 인터페이스 회로(406)는 바이패스될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
따라서, 전자 제어기(400)는 시스템(10)의 작동을 제어하도록 작동할 수 있다. 특히, 전자 제어기(400)는, 특히, 전자 제어기(400)가 시스템(10)과 연관된 센서의 출력을 모니터링하고 전자적으로 제어되는 시스템(10)의 구성 요소에 대한 입력을 제어하는 제어 방식(control scheme)을 포함한, 루틴을 실행시킨다. 그렇게 하기 위해서, 전자 제어기(400)는 로봇 암(16)을 통전하는 기능, 카메라(52, 56, 58, 312)를 활성화시키는 기능, 구동 스테이지(194, 210)를 통전하는 기능, 화상 콘트라스트를 향상시키기 위해 LED(78) 및 LED 패널(50)의 광 강도를 변화시키는 기능 등과 같은 기능들을 수행하도록 알고리즘을 실행시키기 위해, 미리 프로그램된 테이블에서 값을 찾는 것을 포함하여 연속적으로 또는 간헐적으로 수많은 계산을 수행한다.
작동에 있어서, 시스템(10)은 트랜스제닉 프로토콜에서 사용하기 위한 대두 종자(12)를 자동으로 선택 및 프로세싱하도록, 도 15 내지 도 19에 약술된 예시적인 절차에 따라 작동될 수 있다. 예컨대, 제를 따라 종자(12)의 떡잎을 분열시켜 떡잎을 분리시킴으로써, 대두가 준비될 수 있다. 배축의 일부분을 제거하면, 형질전환 전에 떡잎에 부착된 배축의 일부가 남게 된다. 배축의 제거는 절단 장치(112)로 배축을 정리함으로써 이루어질 수 있다. 전형적으로, 배아 축의 1/3 내지 1/2이 떡잎의 마디 끝에 부착된 상태로 남게 된다.
도 20 내지 도 29에 도시된 바와 같이, 시스템(10)은 로봇 암(16)의 그립(18)을 멸균하고, 절단 스테이션(30)을 위한 절단 블레이드(170)를 선택하며, 전달 영역(24)에 배치된 종자(12)의 화상을 촬영하는 예비 단계들을 시작한다. 그 후, 도 27 내지 도 31에 도시된 바와 같이, 시스템(10)은 로봇 암(16)들 중 하나를 작동시켜서, 전달 영역(24)들 중 하나로부터 종자(12)를 픽업하고 이 종자(12)를 촬상 스테이션(28)으로 전진시키게 한다. 종자(12)를 절단 스테이션(30)으로 전진시키기 전에, 도 32 내지 도 55에 도시된 바와 같이, 다수의 화상이 촬상 스테이션(28)에 의해 촬영될 수 있다. 도 56 내지 도 59에 도시된 바와 같이, 절단 스테이션(30)은 형질전환을 위한 종자를 준비하기 위해 종자(12)에 하나 이상의 절단부를 만들도록 작동될 수 있다. 그 다음, 절단된 종자가 수용 영역(26)들 중 하나로 전진될 수 있다. 그 다음, 사용자는 추가적인 프로세싱을 위해 시스템(10)으로부터 종자를 제거할 수 있다. 그 다음, 시스템(10)은 다른 종자(12)를 픽업하여 프로세싱하기 전에 다수 회의 세척 및 유지 보수 작업을 시작할 수 있다.
도 60 내지 도 62에 도시된 바와 같이, 대두 종자(12)는 종피(416)로 감싸인 한 쌍의 떡잎(412, 414)을 포함한다. 대두 종자(12)는 종축(418)을 가지며, 이 종축은 그 최대 치수를 따라 규정되며 대두 종자(12)의 대향하는 종방향 단부(420, 422)를 통해 연장한다. 도 60에 도시된 바와 같이, 종축(418)은 떡잎(412, 414)들 사이로 연장한다.
또한, 대두 종자(12)는 대두 종자(12)의 단부(420, 422)들 사이에 배치된 제(424)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 제(424)는 종피(416)의 외부에 배치된 외측 부분(426)과 종피(416) 아래에 배치된 내측 부분(428)을 포함한다.
도 60 및 도 61에 도시된 바와 같이, 제(424)는 떡잎(412, 414) 위의 등쪽에 배치된다. 제(424)의 외측 부분(426)은 대두 종자(12)의 등쪽면(430)에 배치된다. 대두 종자(12)의 측면(432)(도 61 참조) 또는 내측(434)(도 5 참조)으로부터 제(424)를 볼 수도 있다. 도 61에 도시된 바와 같이, 제(424)는 종자(12)의 전체 종축(418)에 대해 평행하게 연장하는 종축(436)을 갖는다. 도 60에 도시된 바와 같이, 종축(436)은 종자(12)의 축(418)과 함께 공통 평면(438)에 놓인다.
대두 종자(12)의 배축(440)은 떡잎(412)을 떡잎(414)에 연결한다. 배축(440)은 종피(416) 내에서 떡잎(412, 414)으로 감싸인다. 도 60에 도시된 바와 같이, 배축(440)은, 제(424)와 마찬가지로, 대두 종자(12)의 종축(418)에 중심을 둔다. 도 62에 도시된 바와 같이, 배축(440)은 제(424)의 내측 부분(428) 위에 배치된 선단(442)으로부터 종자(12)의 종방향 단부(420)에 인접하여 배치된 베이스(444)까지 연장한다. 다른 실시예에서는, 축의 선단(442)이 제의 내측 부분(428)으로부터 이격되도록, 배축(440)이 제(424)와 중첩하지 않을 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 62를 참조하면, 대두 종자(12)의 내부 구조가 보다 상세하게 도시되어 있다. 종피(416)는 배축(440)과 떡잎(412, 414)을 둘러싸는 얇은 외층(450)을 포함한다. 제(424)의 내측 부분(428)은 외층(450)의 하부에 부착되는 반면, 제(424)의 외측 부분(426)은 외층(450)의 에지(452)에 연결된다. 배축(440)은 그 선단(442)으로부터 종자의 단부(420)에 인접하여 배치된 그 베이스(444)까지 종자(12)의 외주의 일부분 주위로 연장한다.
이제, 도 15 및 도 16을 참조하면, 이 시스템(10)으로 형질전환하기 위해 대두 종자(12)를 준비하기 위한 예시적인 작동 절차(1000)가 도시되어 있다. 이 절차(1000)를 시작하기 전에, 제어기(400)가 시스템(10)을 보정하고, 사용자에게 메시지를 제공하며, 사용자 입력을 검색하고, 안전 메커니즘(예컨대, 광 커튼)을 초기화하며, 다른 설정 기능을 수행할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 아직 실시하지 않은 경우에는, 화상에 촬영된 물체의 위치가 암(16)에 대한 그 물체의 상대 위치로 변환될 수 있도록, 다양한 카메라(52, 56, 58, 312)의 좌표계에 대해 로봇 암(16)의 좌표계를 맵핑하거나 상호 연관시키기 위해 임의의 적당한 프로토콜을 사용하여 제어기(400)가 시스템(10)을 보정할 수 있다. 또한, 제어기(400)는 (예컨대, 전달 영역(24)에 플레이트(36)를 배치하기 위해) 디스플레이(460) 상에서 사용자에게 설정 명령을 제공하고, 사용자 입력 장치(462)를 통해 사용자로부터의 입력(예컨대, 종자(12)의 배아 마디의 원하는 정리 깊이, 종자(12)의 이분 깊이 등)을 검색할 수 있다. 사용자 입력 장치(462)는 키보드, 마우스, 터치 스크린, 및/또는 본원에 기술된 기능을 수행하도록 구성된 다른 입력 장치와 같은 임의의 집적 장치 또는 주변 장치로 구현될 수 있다.
블록(1002)에서는, 시스템(10)이 로봇 암(16)의 그립(18)을 멸균한다. 그렇게 하기 위해, 제어기(400)는 각각의 로봇 암(16)을 작동시켜서, 에탄올 또는 다른 적당한 멸균 용액으로 충진된 용기 내로 해당 그립(18)을 삽입하게 한다. 이 용액은 예시적으로 70%의 알코올을 포함한다. 로봇 암(16)은, 도 20에 도시된 바와 같이, 그립(18)을 멸균기(32) 내로 전진시키기 전에 어떤 기간 동안 에탄올 내에서 그립(18)을 상하 좌우로 이동시키도록 작동될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 각각의 멸균기(32)는, 예컨대, InoTech BioScience Steri 250과 같은 건식 유리 비드 멸균기이다. 로봇 암(16)은 예시적인 실시예에서 수초 동안 멸균기(32) 내에서 그립(18)을 상하로 이동시키도록 다시 작동될 수 있다. 그 다음, 암(16)은, 그립(18)이 냉각될 수 있도록, 멸균기(32)로부터 그립(18)을 인출할 수 있다.
멸균기(32)에 의해 발생된 열로 인해, 그립(18)의 벨로우즈가 함께 달라붙을 수 있으며, 이에 따라, 그립(18)의 성능이 저하될 수 있다. 그래서, 벨로우즈를 분리하기 위해, 로봇 암(16)은 도 21에 도시된 바와 같이, 예컨대, 절단 블록(116)의 상단 표면(130)과 같은, 평평한 무균 표면과 접촉하도록 그립(18)을 이동시킬 수 있다. 그 다음, 제어기(400)는 절단 블록(116)에 대해 그립(18)을 밀봉하기 위해 음압 공급원(356)을 활성화시킬 수 있다. 도 22 및 도 23에 도시된 바와 같이, 그립(18)은 흡인이 중단될 때까지 1mm의 증분으로 절단 블록(116)으로부터 이격된다.
도 15를 다시 참조하면, 그 다음, 절차(1000)는 블록(1004)으로 진행할 수 있다. 블록(1004)에서는, 트레이(34)로부터 절단 블레이드(170)를 선택하여 인출한다. 그렇게 하기 위해, 제어기(400)는 카메라(312)를 작동시켜서, 트레이(34)에 있는 블레이드(170)의 화상을 촬영하도록 한다. 하나의 그러한 화상(500)이 도 24에 도시되어 있다. 도 24 및 도 25에 도시된 바와 같이, 블레이드(170)들은 트레이(34) 내에서 서로에 대해 임의의 상대적 위치 및 방위로 배치될 수 있다. 제어기(400)는 트레이(34)에 있는 블레이드(170)들 중 하나의 위치(516)를 식별하기 위해 촬영된 화상(500)을 프로세싱할 수 있으며, 이 위치는 도 25에 도시된 바와 같이 분석된 화상(518)에 의해 반영될 수 있다.
예컨대, 예시적인 실시예에서, 제어기(400)는 엡손 모델 C3 6축 관절형 암과 함께 포함된 소프트웨어 패키지의 기하학적 물체 식별 함수를 이용한다. 특히, 사용자에 의해 로딩되어 제어기(400)의 메모리 장치(404)에 저장된 블레이드 기준 화상(미도시)이 정합(502)을 식별하기 위해 블레이드(170)의 촬영된 화상(500)에 대해 비교된다. 기하학적 물체 식별 함수는 에지-기반 기하학적 특징을 이용하여 기준 화상(즉, 물체 모델)에 대한 정합을 식별하는 알고리즘 접근 방식을 사용한다. 또한, 기하학적 물체 식별 함수는 다른 화상에 대한 비교를 위해 사용될 기준 화상과 정합(502)을 위해 필요한 허용 수준 또는 공차 수준과 같은 다양한 파라미터를 포함한다. 허용 수준은 정합(502)의 가능성과 일치하며, 일반성을 잃지 않고, 본원에서는 0 내지 1 사이의 정규화된 값으로 간주될 수 있다. 따라서, 허용 수준이 0.5로 설정되는 경우, 적당한 촬상 알고리즘에 기초하여 기준 화상과 적어도 50%의 정합(502)의 가능성을 가진 분석된 화상 내의 물체들만 제어기(400)에 의해 식별될 것이다. 특정 실시예에서, 허용 수준은 정합(502)을 구성하기 위해 분석된 화상의 연속적인 영역에서 식별되어야 하는 기준 화상의 백분율과 일치할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제어기(400)는 트레이(34) 상에 임의의 블레이드(170)가 존재하는지의 여부를 결정하기 위해 정합 알고리즘, 블레이드 기준 화상 및 0.4(즉, 400/1000)의 정규화된 허용 수준을 이용하여 촬영된 화상(500)을 분석한다. 트레이(34) 상에 임의의 블레이드(170)가 존재하면, 블레이드(170)들이 중첩하는 경우에도, 그러한 허용 수준은 트레이(34) 상에서 그 블레이드(170)들의 식별된 위치를 반환한다고 가정한다. 따라서, 다른 실시예에서는, 다른 허용 수준이 사용될 수 있다. 블레이드(170)가 식별되지 않으면, 제어기(400)는 트레이(34) 상에 블레이드(170)가 배치되지 않았다고 결정하고, 오류를 프로세싱한다. 예컨대, 제어기(400)는 트레이(34) 상에 추가적인 블레이드(170)를 배치하거나 오류를 해결하도록 디스플레이(460)를 통해 시스템(10)의 사용자에게 명령할 수 있다.
제어기(400)가 트레이(34) 상에 적어도 하나의 블레이드(170)가 배치되었다고 결정하는 경우, 제어기(400)는 트레이(34) 상의 다른 블레이드(170)와 중첩하지 않는 블레이드(170)를 식별하기 위해 0.95(즉, 950/1000)와 같이 더 높은 임계값으로 설정된 허용 수준으로 촬영된 화상(500)을 다시 분석한다. 적어도 하나의 비중첩 블레이드(170)가 식별되면, 제어기(400)는 사용을 위해 그 블레이드(170)를 선택한다. 그러나, 비중첩 블레이드(170)들이 식별되는 경우에는, 제어기(400)가 중첩된 블레이드(170)들을 분리하기 위한 프로토콜을 실행한다.
그렇게 할 때, 제어기(400)는 트레이(34) 상에서 다른 블레이드(170)와 중첩하는 블레이드(170)의 위치를 식별한다. 예컨대, 제어기(400)는 0.4로 설정된 정규화된 허용 수준으로 식별되는 화상 위치를 이용하거나, 저장되어 있는 경우에는, 마찬가지로 화상(500)을 분석한다. 블레이드(170)들의 그룹이 식별된 경우, 제어기(400)는 적당한 촬상 알고리즘을 이용하여 (예컨대, 그룹의 질량 중심을 검출함으로써) 그룹의 기하학적 중심을 결정하고, 블레이드(170)들의 그룹을 식별된 질량 중심에서 붙잡기 위한 위치로 그립 조립체(320)를 이동시키도록 대응하는 로봇 암(16)에게 명령한다.
트레이(34) 또는 플레이트(36)로부터 물체를 붙잡기 위해, 그립 조립체의 중공 통로(352)가 지점(504)과 대략 동일 선상에 놓이도록, 그립 조립체(320)가 물체의 그립 위치 또는 지점(504) 위에 배치된다. 그 다음, 그립(18)이 물체의 외면과 완전히 접촉할 때까지, 그립 조립체(320)는 물체를 향해 하방으로 전진하게 된다. 전술한 바와 같이, 제한된 흡입 손실을 제공하기 위해 그립(18)이 물체의 외면과 완전히 접촉하도록 보장하면서 물체가 분쇄되지 않도록 현가 메커니즘(326)이 작동한다. 그 다음, 음압 공급원(356)이 그립(18)에 물체를 고정하기 위해 활성화될 수 있다.
마찬가지로, 비중첩 블레이드가 존재하지 않으면, 그립 조립체(320)는 식별된 질량 중심에서 블레이드(170)들의 그룹을 붙잡을 수 있다. 그 다음, 제어기(400)는 암(16)을 작동시켜서, 트레이(34)의 표면 위에서 짧은 거리(예컨대, 1인치)만큼 수직으로 및 짧은 거리지만 여전히 트레이(34)의 외주 내에서 수평으로 그립 조립체(320)를 이동시키도록 할 수 있다. 그 다음, 제어기(400)는 블레이드(170)들의 그룹을 다시 트레이(34)로 낙하시키도록 음압 공급원(356)을 비활성화시킬 수 있다. 그룹 내의 블레이드(170)들 중 하나 이상이 운반 도중 떨어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 제어기(400)는 카메라(312)를 작동시켜서 트레이(34) 내의 블레이드(170)의 다른 화상을 촬영하도록 하며, 비중첩 블레이드(170)를 식별하기 위해 전술한 바와 마찬가지로 새로운 화상을 분석한다. 비중첩 블레이드(170)가 식별되지 않으면, 제어기(400)는 블레이드(170)들의 그룹을 붙잡아서 그 블레이드(170)들을 트레이(34) 내의 다른 위치에 낙하시키도록 그립 조립체(320)에게 다시 명령할 수 있다. 제어기(400)는, 비중첩 블레이드(170)가 식별되어 사용하기 위해 선택될 때까지, 이 루틴을 계속 반복할 수 있다.
다른 실시예에서, 제어기(400)는 중첩된 블레이드(170)를 분리하고, 선택하기 위해 특정 블레이드(170)를 식별하는 다른 절차를 구현할 수 있다. 또한, 제어기(400)는 트레이(34) 내에서 블레이드(170)의 위치를 식별하기 위해 임의의 적당한 화상 프로세싱 알고리즘 및 기술을 이용할 수 있다. 예컨대, 제어기(400)는 화상(500)의 특징(예컨대, 코너, 에지, 블롭(blob) 등과 같은 관심 지점)과 블레이드 기준 화상을 식별하기 위해, SURF(Speed Up Robust Features), SIFT(Scale-Invariant Feature Transform), MOPS(Multi-Scale Oriented Patches), 캐니(Canny), 화상 구배 연산자 및 소벨 필터와 같은, 특징 검출 알고리즘, 기술 및 필터를 이용할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(400)는 화상(500)과 블레이드 기준 화상에서 식별된 어떤 특징들이 서로 일치하는지의 여부와, 일치하는 경우에는 그 특징들의 대응하는 위치를 결정하기 위해, 랜덤 샘플 컨센서스(RANSAC) 알고리즘과 같은 특징 정합 알고리즘을 이용할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어기(400)는 하나의 화상에서 물체들을 식별하는 화상 분절 알고리즘(예컨대, 피라미드 분절, 분수령 알고리즘 등)을 이용할 수 있다. 이 특정 실시예에 따라, 제어기(400)는 촬영된 화상을 분석하는 동안 전술한 알고리즘들 중 하나 이상의 임의의 알고리즘을 이용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
제어기(400)가 블레이드(170)를 식별한 후, 제어기(400)는 블레이드의 절단 에지(262)의 위치를 결정하기 위해, 예컨대, 블레이드(170)의 장착 홀(264)과 같은, 블레이드 특징을 이용한다. 그 다음, 제어기(400)는 그립 조립체(320)에 대한 블레이드(170)의 회전 각도를 계산할 수 있으며, 그립(18)을 부착하기 위한 블레이드 상에서의 정확한 배치 지점(504)을 계산할 수 있다. 그립 조립체(320)는 전술한 것과 유사한 방식으로 지점(504)에서 블레이드를 붙잡는다.
도 15를 다시 참조하면, 그립(18)이 블레이드(170)를 픽업하였으면, 절차(1000)는 블록(1006)으로 진행한다. 블록(1006)에서는, 제어기(400)가 로봇 암(16)과 절단 장치(112)를 작동시켜서, 절단 블레이드(170)를 절단 장치(112)에 고정하게 한다. 그렇게 하기 위해, 제어기(400)가 로봇 암(16)을 활성화시켜서, 절단 블레이드(170)를 절단 스테이션(30)으로 이동시키게 하고 이 절단 블레이드(170)를 절단 장치(112)의 조오(244, 246) 위에 배치하게 한다. 절단 블레이드(170)를 조오(244, 246) 상에 배치하기 위하여, 조오(244, 246)의 탭(272)과 블레이드(170)의 길쭉한 장착 홀(264)을 정렬시키도록 로봇 암(16)이 원을 그리며 이동할 수 있다. 외부 탭(278)의 경사진 에지(282)는 탭(272) 상으로 블레이드(170)를 안내하는 것을 돕는다. 탭(272) 상에 블레이드(170)가 배치되면, 그립(18)이 하방으로 이동함으로써, 블레이드(170)가 약간 편향되게 한다. 그 다음, 도 26에 도시된 바와 같이, 제어기(400)는 블레이드(170)를 절단 장치(112)에 고정하도록 조오(244, 246)를 작동시킬 수 있다. 절단 장치(112)에 배치된 블레이드(170)의 화상을 촬영하기 위해 카메라(미도시)가 사용될 수 있으며, 블레이드(170)가 조오(244, 246) 상에 적절하게 배치되었는지를 확인하기 위해 제어기(400)는 전술한 것과 유사한 프로세싱 기술을 사용할 수 있다.
블레이드(170)가 조오(244, 246) 상에 배치된 상태에서, 제어기(400)는 세장형 본체(240)의 채널(252)을 따라 외측으로 조오(244, 246)를 이동시키도록 압축 공기 공급원(256)을 작동시킬 수 있다. 조오(244, 246)가 외측으로 전진함에 따라, 절단 블레이드(170)의 일부분이 탭(272)의 베이스에 형성된 슬롯(276) 내로 전진하게 됨으로써, 절단 블레이드(170)를 조오(244, 246)에 고정하게 된다. 제어기(400)는 그립(18)으로부터 절단 블레이드(170)를 분리하기 위해 진공 공급원(356)을 비활성화시킬 수 있으며, 절단 스테이션(30) 외부로 그립(18)을 이동시키기 위해 로봇 암(16)을 작동시킬 수 있다.
도 15를 다시 참조하면, 절차(1000)는 블록(1008)으로 진행하며, 이 블록에서, 제어기(400)는 대응하는 전달 영역(24)에 배치된 플레이트(36) 상의 종자(12)의 화상을 촬영하도록 카메라(52)를 작동시킨다. 하나의 그러한 화상(510)이 도 27에 도시되어 있다. 도 27에 도시된 바와 같이, 그리고 트레이(34) 내의 블레이드(170)들과 관련하여 전술한 것과 유사하게, 종자(12)들이 플레이트(36) 내에서 서로에 대해 임의로 배치될 수 있다.
블록(1010)에서는, 제어기(400)가 선택하기 위하여 플레이트(36) 상에서 종자(12)들 중 하나의 위치를 결정하기 위해 촬영된 화상(510)을 프로세싱할 수 있다. 그렇게 하기 위해, 제어기(400)는 정합 알고리즘(예컨대, 전술한 기하학적 물체-식별 함수)을 이용하여 촬영된 화상(510)을 분석하여, 촬영된 화상(510)에 대해 도 28에 도시된 바와 같이 옆으로 놓인 종자(12)의 기준 화상(512)을 비교할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제어기(400)는 시스템(10)의 사용자가 옆으로 놓인 각각의 종자(12)를 플레이트(36) 내에 단층으로 배치하였다고 가정한다. 따라서, 정합(522)을 검출할 가능성이 높다. 그러나, 다른 실시예에서, 제어기(400)는 그와 같이 가정하지 않을 수 있으며; 오히려, 제어기(400)는, 예컨대, 어떤 종자(12)들이, 만약 있다면, 적절하게 배향되지 않았는지를 결정하고, 그 종자(12)들을 무시할 수 있다. 시스템(10)은 (예컨대, 디스플레이(460)를 통해) 그러한 상황을 해결하거나 오류를 처리하도록 사용자에게 경고 또는 명령을 발생시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 제어기(400)는 플레이트(36) 상에서 종자(12)의 위치를 결정하기 위해 블롭 검출 또는 다른 화상 분석 알고리즘을 사용할 수 있다.
임의의 경우에, 제어기(400)는 도 29에 도시된 바와 같이 분석된 화상(514)에 의해 반영될 수 있는, 플레이트(36) 상에서의 하나 이상의 종자(12)의 위치(520)를 결정한다. 또한, 일부 실시예에서, 제어기(400)는 기준 화상(512)에 도시된 종자(12)에 대한 플레이트(36) 상에서 식별된 종자(12)(들)의 회전 각도를 결정한다. 그 정보에 기초하여, 제어기(400)는 그립(18) 상에 미리 정해진 방위(예컨대, 로봇 암(16)의 좌표계에 대해 0°의 각도)로 고정된 종자(12)를 배치하기 위해 그립(18)을 회전시켜야 하는 양을 결정할 수 있다. 이렇게 함으로써, 제어기(400)는 후술하는 바와 같이 종자(12)의 제와 배아 축(즉, 배축)을 식별하고 프로세싱 시간을 절약할 수 있다.
도 15를 다시 참조하면, 절차(1000)는 블록(1012)으로 진행한다. 블록(1012)에서는, 제어기(400)가 시스템(10)에 의한 정리 및 이분을 위해 종자들 중 하나를 식별하고, (예컨대, 임의적으로 또는 알고리즘으로) 선택한다. 예시적인 실시예에서, 제어기(400)는 선택된 종자(12)의 질량 중심을 식별하고, 이 질량 중심을 도 30에 도시된 바와 같이 그립(18)을 부착하기 위한 지점(504)으로 사용한다. 블록(1014)에서는, 그립 조립체(320)가 선택된 종자(12)를 그 질량 중심에서 붙잡는다. 그렇게 하기 위해, 그립 조립체의 중공 통로(352)가 지점(504)과 대략 동일 선상에 놓이도록, 그립 조립체(320)가 질량 중심(즉, 지점(504)) 위에 배치된다. 그 다음, 그립(18)이 종자의 외면과 완전히 접촉할 때까지, 그립 조립체(320)는 선택된 종자를 향해 하방으로 전진하게 된다. 전술한 바와 같이, 제한된 흡입 손실을 제공하기 위해 그립(18)이 종자의 표면과 완전히 접촉하도록 보장하면서 종자가 분쇄되지 않도록 현가 메커니즘(326)이 작동한다. 그 다음, 음압 공급원(356)이 그립(18)에 종자를 고정하기 위해 활성화될 수 있다. 그 다음, 절차(1000)는 블록(1016)으로 진행할 수 있으며, 이 블록에서는, 도 31에 도시된 바와 같이, 로봇 암(16)이 파지된 종자(12)를 커버(90)의 중앙 개구(108)를 통해 조명된 돔(54)의 챔버(62) 내로 이동시킨다. 예시적인 실시예에서, 파지된 종자(12)는 챔버(62) 내에서 각각의 카메라(56, 58)의 시야 내에 있는 위치(예컨대, 광축(80, 82)의 교점)에 배치된다. 예컨대, 일부 실시예에서, 파지된 종자(12)는 각각의 카메라(56, 58)의 초점면 내에 적어도 부분적으로 배치된다.
종자(12)가 조명된 돔(54)의 챔버(62) 내에 배치되면, 도 15에 도시된 바와 같이, 절차는 블록(1018)으로 진행한다. 블록(1018)에서는, 제어기(400)가 절단 장치(112)로 종자(12)를 정리하고 이분하기 위해 파지된 종자(12)의 적절한 방위를 결정한다. 즉, 종자(12)의 배아를 정리하고 이분하기 위해 절단 블록(116) 상에 종자(12)를 로봇 암(16)이 적절하게 배치할 수 있도록, 그립(18)에 대해 종자(12)가 어떻게 배치되어야 하는지를 제어기(400)가 결정한다. 그렇게 하기 위해, 도 17에 도시된 바와 같은, 예시적인 작동 절차(1200)가 사용될 수 있다. 본원에서는 선형적인 방식으로 다수의 정지 화상을 분석하는 것과 관련하여 절차(1200)를 기술하였으나, 일부 실시예에서는, 제어기(400)가 병렬로 다중 화상 분석을 수행하거나, 예컨대, 비디오를 연속적으로 분석할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
절차(1200)는 블록(1202)으로 시작할 수 있으며, 이 블록에서는, 제어기(400)가 측면 시각으로부터 파지된 종자(12)의 화상(530)을 촬영하도록 카메라(58)를 작동시킨다. 블록(1204)에서는, 제어기(400)가 종자(12)의 제(424)를 종자(12)에서 볼 수 있는지의 여부를 결정하기 위해 화상(530)을 분석한다. 즉, 제(424)(도 32 참조)가 카메라(58)의 시야 내에 있는지의 여부를 제어기(400)가 결정한다. 그렇게 하기 위해, 제어기(400)는 본원에 기술된 것과 같은 임의의 적당한 화상 프로세싱 알고리즘을 이용할 수 있다. 예컨대, 예시적인 실시예에서, 제어기(400)는 도 32에 도시된 바와 같이 종자(12)를 모델링하고 종자 제의 기준 화상(536)과 종자(12) 사이에 정합(534)이 만약 있다면 이를 식별하기 위해, 그림자(예컨대, 그레이스케일 화소 강도)를 이용하는 상관 모델을 사용한다. 특히, 상관 모델은 촬영된 화상(530)에 대한 기준 화상(536)의 화소-대-화소 정합을 수행한다.
블록(1206)에서는, 종자(12)의 제(424)가 카메라(58)의 시야 내에 있는지의 여부를 제어기(400)가 결정한다. 시야 내에 있다면, 절차(1200)는 블록(1210)으로 진행한다. 그러나, 제(424)가 카메라(58)의 시야 내에 없다고 제어기(400)가 결정하면, 절차는 블록(1208)으로 진행한다.
블록(1208)에서는, 제가 카메라(58)의 시야 내에 있도록, 제어기(400)가 종자(12)를 재배향시킬 수 있다. 특히, 제(424)가 카메라(58)의 시야 내에 있을 때까지, 제어기(400)는 그립(18)의 축(358)을 중심으로 종자(12)를 회전시키도록 로봇 암(16)을 작동시킨다. 일부 실시예에서는, 로봇 암(16)이 증분 각도만큼 종자(12)를 회전시키고, 카메라(58)가 파지된 종자(12)의 새로운 화상을 촬영하며, 제어기(400)가 새로운 화상을 분석하여 이제는 제(424)가 카메라(58)의 시야 내에 있는지의 여부를 결정한다. 시야 내에 없다면, 제(424)가 카메라(58)의 시야 내에 있을 때까지, 루틴이 반복될 수 있다. 일 실시예에서, 로봇 암(16)은 제(424)의 위치결정 프로세스를 가속하기 위해 종자(12)를 180°의 각도만큼 먼저 회전시킬 수 있다. 제(424)가 카메라(58)의 시야 내에 있는 것으로 결정되면, 절차(1200)는 블록(1210)으로 진행할 수 있다.
블록(1210)에서는, 제어기(400)가 도 33에 도시된 바와 같이 하단 시각으로부터 파지된 종자(12)의 화상(540)을 촬영하도록 카메라(56)를 작동시킨다. 그 다음, 절차(1200)는 도 18의 블록(1212)으로 진행한다. 블록(1212)에서는, 제어기(400)가 촬영된 화상(540)을 분석하여, 화상(540)에서 종자(12)의 종축(542)(즉, 장축)을 식별한다. 예시적인 실시예에서, 제어기(400)가 블롭 검출 알고리즘을 이용하여, 촬영된 화상(540)에서 종자(12)의 위치를 결정하고, 종자(12)의 주축(즉, 장축과 단축)을 결정한다. 예컨대, 블롭 검출 알고리즘은 촬영된 화상(540) 내의 종자(12)를 블롭으로서 식별할 수 있고, 그 블롭의 질량 중심과 에지를 결정할 수 있으며, 그 정보에 기초하여 장축과 단축을 근사화한다.
이용되는 특정 블롭 검출 알고리즘은 특정 실시예에 따라 달라질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 예시적인 실시예에서, 제어기(400)는 엡손 모델 C3 6축 관절형 암과 함께 포함된 소프트웨어 패키지의 블롭 검출 알고리즘을 이용한다. 일부 실시예에서, 블롭 검출 알고리즘은 DoG(Difference of Gaussian), 가우시안-라플라시안(LoG), 헤시안 행렬식, 및/또는 다른 연산자에 기초할 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(400)는, 예컨대, [Lindeberg, Detecting Salient Blob-Like Image Structures and Their Scales with a Scale-Space Primal Sketch: A Method for Focus-of-Attention, 11(3) International Journal of Computer Vision, 283-318 (1993)]에 기술된 블롭 검출 알고리즘들 중 하나 이상을 이용할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 제어기(400)는 식별된 종자(12)(또는 다른 물체)의 위치를 나타내기 위해 촬영된 화상(540)의 프로세싱된 버전에서 종자(12)(또는 다른 물체)의 주위에 직사각형 경계(548)를 묘화할 수 있다. 다른 실시예에서, 제어기(400)는 종자(12) 및/또는 종축(542)을 식별하기 위해 다른 화상 분석 알고리즘(예컨대, 화상 분절)을 이용할 수 있다.
제어기(400)는 촬영된 화상(540)의 수평축(546) 또는 다른 수평선(554)에 대한 종자(12)의 장축 또는 종축(542)의 회전 각도(544)를 추가로 결정한다. 즉, 종축(542)과 수평축(546) 또는 다른 수평선(554) 사이에 형성되는 각도(544)가 결정된다. 예시적인 실시예에서, 카메라(56)는 직선으로 된 화상들을 촬영하도록 구성된다; 이와 같이, 촬영된 화상(540)의 수평축(546)이 카메라(56)의 에지에 대해 평행한 것으로 간주될 수 있다.
도 34에 도시된 바와 같이, 로봇 암(16)은 조명된 돔(54) 내에서 파지된 종자(12)를 재배향시킬 수 있다. 예컨대, 재배향이 필요하면, 로봇 암(16)은 종자(12)를 회전 및/또는 병진시킴으로써 종자(12)의 방위를 변경할 수 있다. 따라서, 도 18의 블록(1214)에서는, 도 35에 도시된 바와 같이, 종축(542)이 수평축(546)에 대해 평행하도록, 제어기(400)가 로봇 암(16)을 작동시켜 종자(12)를 배향시키게 한다. 특히, 로봇 암(16)은 축(358)을 중심으로 종자(12)를 회전시킨다. 일부 실시예에서는, 제어기(400)가 정밀한 병렬성을 필요로 하지 않을 수 있고, 각도(544)에 대한 공차를 확립할 수 있다. 일부 실시예에서, 공차는 1.0°미만일 수 있다. 다른 실시예에서는, 공차가 0.5°미만일 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 공차가 각도(544)에 대해 0.3°미만일 수 있다. 본원에 기술된 모든 측정값에 대해 유사한 공차가 확립될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 전술한 바와 같이, 카메라(56)와 로봇 암(16)은 이들의 좌표계가 서로 맵핑되도록 보정되기 때문에, 그러한 방식으로 종자(12)를 배향시키면, 종자(12)의 종축(542)이 로봇 암의 좌표계의 축과 효율적으로 정렬된다.
도 18을 다시 참조하면, 절차(1200)는 블록(1216)으로 진행할 수 있으며, 이 블록에서는, 제어기(400)가 카메라(58)를 작동시켜서, 파지된 종자(12)의 화상(550)을 촬영하게 한다. 도 36에 도시된 바와 같이, 화상(550)은 카메라(58)의 시각으로부터 본 종자의 측면도이다. 화상(550)은 파지된 종자(12)와 종자(12)의 종축(552)을 식별하기 위해 블록(1218)에서 분석될 수 있다. 종자(12)의 불규칙한 형상으로 인해, 종축(552, 578)들이 서로 일치하거나 일치하지 않을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 제어기(400)는 촬영된 화상(540)의 분석과 관련하여 전술한 것과 유사한 방식으로 촬영된 화상(550)에서 종자(12)의 위치(556)를 식별하고/또는 종축(552)의 위치를 결정하기 위해 블롭 검출 알고리즘을 이용할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제어기(400)는 촬영된 화상(550)에서 종자(12)의 좌측 종방향 단부(562)에 있는 종자(12)의 좌측 수직 슬라이스(560) 또는 단면과, 종자(12)의 우측 종방향 단부(566)에 있는 종자(12)의 우측 수직 슬라이스(564) 또는 단면을 식별한다. 도 37에 도시된 바와 같이, 각각의 수직 슬라이스(560, 564)는 적어도 하나의 화소의 폭을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 슬라이스의 폭은 25개의 화소이지만, 이 폭은 다른 실시예에서 달라질 수 있다. 제어기(400)는 종자(12)의 좌측 수직 슬라이스(560)의 질량 중심(570)과 종자(12)의 우측 수직 슬라이스(564)의 질량 중심(572)을 결정한다. 촬영된 화상(550)에서 종자(12)의 종축(552)은 양 질량 중심(570, 572)과 교차하는 선으로 정의된다. 즉, 종축(552)은 종자(12)의 종방향 단부(562, 566)의 질량 중심을 통해 연장한다. 제어기(400)는 촬영된 화상(550)의 수평축(576) 또는 다른 수평선(578)에 대한 종축(552)의 각도(574)를 추가로 결정한다.
절차(1200)는 블록(1220)으로 진행할 수 있으며, 이 블록에서는, 종자(12)가 재배향된다. 특히, 도 38에 도시된 바와 같이, 종축(552)이 수평축(576)에 대해 평행하도록, 제어기(400)가 로봇 암(16)을 작동시켜 종자(12)를 배향시키게 한다. 특히, 종축(552)이 수평축(576)에 대해 평행할 때까지(예컨대, 1 병렬도 이내와 같은 공차 수준이 될 때까지), 로봇 암(16)이 촬영된 화상(550)에 대해 종자(12)를 회전시킨다. 종자(12)가 적절하게 배향되면, 절차(1200)는 블록(1222)으로 계속된다.
블록(1222)에서는, 제어기(400)가 도 39에 도시된 바와 같이 측면도(즉, 카메라(58)의 시야)로부터 파지된 종자(12)의 다른 화상(580)을 촬영하도록 카메라(58)를 작동시킨다. 블록(1224)에서는, 파지된 종자(12)와 이 종자(12)의 질량 중심 또는 종축에 대한 종자(12)의 제(424)의 위치(596)를 식별하기 위해 화상(580)을 분석하게 된다. 예시적인 실시예에서, 제어기(400)는 촬영된 화상(580)에서 종자(12)의 위치(598)를 결정하기 위해 블롭 검출을 이용한다. 또한, 제어기(400)는 촬영된 화상(580)에서 종자(12) 상의 제(424)의 위치를 결정하기 위해 적당한 알고리즘을 이용한다. 예컨대, 제어기(400)는 제의 기준 화상(536)(도 32 참조) 및/또는 전술한 바와 같은 화상 특징 정합 알고리즘을 이용하여 제(424)의 위치(596)를 결정할 수 있다. 제어기(400)는 전술한 것과 유사한 방식으로 종자(12)의 종방향 단부(582)(예컨대, 좌측 또는 우측 단부)와 종자(12)의 종방향 단부(582)의 수직 슬라이스(584)를 식별한다. 도 40에 도시된 바와 같이, 제어기(400)는 종자(12)의 수직 슬라이스(584)의 질량 중심(586)과 제(424)의 질량 중심(588)을 식별하고, 질량 중심(586, 588)들 사이에 가상선(590)을 묘화한다. 제어기(400)는 촬영된 화상(580)의 수평축(594) 또는 종자(12)의 종축(552)에 대한 가상선(590)의 각도(592)을 추가로 결정한다.
도 18을 다시 참조하면, 절차(1200)는 블록(1226)으로 진행하며, 이 블록에서는, 제어기(400)가 로봇 암(16)을 작동시켜서, 도 41에 도시된 바와 같이 제(424)의 질량 중심(588)과 종자(12)의 종축(552)이 정렬되도록, 종자(12)를 배향시키게 한다. 특히, 질량 중심(586, 588)들 사이의 선(590)이 촬영된 화상(580)의 수평축(594)에 대해 평행할 때까지, 카메라(58)에 대해 근접 또는 이격하도록 종자(12)를 로봇 암(16)이 회전시킨다. 그 지점에서는, 제(424)의 종축(436)과 종자(12)의 종축(436)에 의해 형성되는 종자 평면(438)이 로봇 암(16)의 좌표계의 규정된 평면과 정렬되도록, 선(590)이 제(424)의 종축(436)에 대응한다.
그 다음, 절차(1200)는 도 19의 블록(1228)으로 진행할 수 있다. 블록(1228)에서는, 제어기(400)가 측면도로부터 파지된 종자(12)의 화상을 촬영하도록 카메라(58)를 작동시킨다. 그러한 화상(600)이 도 43 내지 도 48에 도시되어 있다. 도 19를 다시 참조하면, 블록(1230)에서는, 제어기(400)가 종자(12)의 배축(440)의 위치를 결정하기 위해 촬영된 화상(600)을 분석한다. 제어기(400)는 그렇게 하기 위해 임의의 적당한 알고리즘을 사용할 수 있다.
예컨대, 예시적인 실시예에서, 제어기(400)는 배축(440)을 식별하기 위해 전술한 기하학적 물체 식별 함수 및/또는 상관 모델과 함께, 도 42에 도시된 바와 같은 배축의 기준 화상(612)을 이용할 수 있다. 도 46 내지 도 48 각각에서는, 도시된 바와 같이, 제어기(400)가 배축(440)에 대해 정합(602)을 식별하였다는 것을 이해할 것이다. 그러나, 도 43 내지 도 45 각각에서는, 배축(440)의 상당 부분이 카메라(58)의 시야 내에 있지 않기 때문에, 제어기(400)가 배축(440)을 식별하는데 실패하였다. 그러한 상황에서는, 배축(440)이 카메라(58)의 시야 내에 놓이고 제어기(400)에 의해 검출될 때까지, 제어기(400)가 로봇 암(16)을 작동시켜서 종자(12)를 회전시키게 한다.
도 19를 다시 참조하면, 절차(1200)는 블록(1232)으로 진행하며, 이 블록에서는, 제어기(400)가 종자(12)의 배축(440)을 정리할 위치를 결정한다. 그렇게 하기 위해, 제어기(400)는 촬영된 화상(600)이나 도 49 내지 도 52에 도시된 바와 같이 카메라(58)에 의해 촬영된 새로운 화상에서 종자(12)의 위치(708), 배축(440)의 위치(602) 및 종자(12)의 제(424)의 위치(710)를 결정한다. 특히, 제어기(400)는 도 51에 도시된 바와 같이 배축(440)과 가장 가까운 제(424)의 에지(620)와 배축(440)과 동일한 측에 있는 종자(12)의 에지(622)를 식별한다. 또한, 예시적인 실시예에서, 제어기(400)는 에지(620, 622)들 사이의 중간에 있는 수직 단면(624)을 결정한다. 수직 단면(624)은 시스템(10)이 종자(12)의 배축(440)을 정리하게 될 위치와 대응한다. 다른 실시예에서는, 제어기(400)가 (예컨대, 사용자 입력에 기초하여) 에지(620, 622)들 사이의 중간 지점이 아닌 지점을 식별할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제어기(400)는, 로봇 암(16)의 좌표계와 카메라(58)의 좌표계가 서로 맵핑되도록, 시스템(10)을 보정하고 있다. 로봇 암(16)의 좌표계가 알려져 있기 때문에, 제어기(400)는 촬영된 화상(600)과 관련하여 그립(18)의 중심(626)의 위치를 알고 있다. 또한, 제어기(400)는 로봇 암(16)의 좌표계에서의 물리적 거리(예컨대, ㎜ 단위)와 카메라(58)의 좌표계에서의 물리적 거리(예컨대, 화소 단위) 사이의 대응 관계를 알고 있다. 그 정보가 도 52에 도시된 바와 같이 촬영된 화상(600)에서 중심(626)과 수직 단면(624) 사이의 수평 거리(628)를 결정하기 위해 사용된다. 제어기(400)는 그립(18)의 중심(626)에 대한 배아 정리 절단부의 거리를 추가로 계산한다.
도 19를 다시 참조하면, 블록(1234)에서는, 절단 블레이드(170)에 의해 정리되고 이분될, 파지된 종자(12)를 절단 스테이션(30)의 절단 블록(116) 상에 배치하기 위한 위치를 제어기(400)가 결정한다. 그렇게 하기 위해, 제어기(400)가 저면도로부터 종자(12)의 화상(640)을 촬영하도록 카메라(56)를 작동시킨다. 전술한 바와 같이, 로봇 암(16)과 카메라(56)의 좌표계들 사이의 맵핑이 알려져 있기 때문에, 촬영된 화상(640)으로 그립 축(358)을 따라 투영되는 지점(642)이 결정될 수 있다. 제어기(400)는 도 53에 도시된 바와 같이 종자(12)의 (즉, 제(424)와 배축(440)에 대향하는) 백 에지(644) 및 지점(642)과 백 에지(644) 사이의 거리(646)를 식별하기 위해 촬영된 화상(640)을 추가로 분석한다. 제어기(400)가 메모리에 저장된 절단 블록(116)의 전방 벽체(154)의 위치를 갖고 있기 때문에, 제어기(400)는 절단 블록(116) 상에 종자(12)를 적절하게 배치할 수 있다. 특히, 제어기(400)는, 그립 축(358)에 의해 형성되는 그립(18)의 중심이 전방 벽체(154)로부터 멀리 결정된 거리(646)에 배치되도록, 로봇 암(16)을 작동시켜서 플랜지(124) 상에 종자(12)를 배치하게 한다.
도 19를 다시 참조하면, 블록(1236)에서는, 제어기(400)가 종자(12)를 절단하기 위한 블레이드(170)의 위치와, 정리 및/또는 이분 절단부의 깊이를 결정한다. 전술한 바와 같이, 제어기(400)는 배축을 정리하게 될 지점(즉, 도 52에 도시된 바와 같은 수직 단면(624))을 이미 결정하였다. 예시적인 실시예에서, 제어기(400)는 각 카메라(56, 58)의 공지된 좌표계를 이용하여, 다른 시각으로부터 촬영된 화상(640)의 대응하는 위치(650)에 대해 수직 단면(624)을 맵핑한다. 또한, 제어기(400)는 도 54에 도시된 바와 같이 대응하는 위치(650)에서 종자(12)의 폭(652)을 결정한다. 또한, 제어기(400)는 종자(12)의 백 에지(644)의 위치를 식별한다. 이 정보와 (예컨대, 사용자 입력으로부터의) 정리 절단부 및/또는 이분 절단부의 원하는 깊이에 기초하여, 배축(440)을 정리 및/또는 이분할 때 전방 벽체(154)를 향해 절단 블레이드(170)를 이동시키는 거리를 제어기(400)가 결정할 수 있다.
또한, 제어기(400)는 종자(12)를 이분하기 위한 절단 블레이드(170)의 적절한 위치를 결정한다. 그렇게 하기 위해, 제어기(400)는 종자(12)의 화상(660)을 촬영하도록 카메라(58)를 작동시키고, 촬영된 화상(660)을 분석하여 도 55에 도시된 바와 같이 배축(440)의 질량 중심(662)의 위치를 결정한다. 전술한 바와 같이, 제어기(400)는, 예컨대, 기준 화상(612)(도 42 참조)과 함께 특징 정합 알고리즘을 이용하여, 촬영된 화상(660)에서 배축(440)의 위치(602)를 먼저 결정한다. 또한, 제어기(400)는 종자(12)의 하단 에지(666)와 배축(440)의 질량 중심(662) 사이의 거리(664)를 결정한다. 전술한 바와 같이, 제어기(400)는 화소 거리를 물리적 거리로 변환할 수 있다. 따라서, 이 거리(664)는 수평 이분 절단부가 만들어지는 플랜지(124) 위의 거리를 결정하는데 사용된다.
도 15를 다시 참조하면, 제어기(400)가 정리 및 이분하기 위한 종자(12)의 적절한 방위를 결정하면, 절차(1000)는 도 16의 블록(1020)으로 진행한다. 블록(1020)에서는, 제어기(400)가 로봇 암(16)을 작동시켜서, 파지된 종자(12)를 절단 블록(116) 상에 배치하게 한다. 전술한 바와 같이, 메모리에 저장된 구성 데이터에 기초하여, 제어기(400)는 그립 축(358)과 파지된 종자(12)의 백 에지(644) 사이의 거리(646)를 결정할 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예에서, 제어기(400)는 절단 블록(116)의 전방 벽체(154)로부터 멀리 결정된 거리(646)에 그립 축(358)이 배치되는 플랜지(124) 상의 지점에 종자(12)를 배치하도록 로봇 암(16)을 작동시킨다. 이 거리(646)에, 적절한 깊이와 방위로 절단하기 위해 종자(12)가 배치된다. 예시적인 실시예에서, 종자(12)의 백 에지(644)가 절단 블록(116)의 전방 벽체(154)에 정확하게 접촉하도록, 종자(12)가 배치된다.
블록(1022)에서는, 제어기(400)가 절단 장치(112)를 작동시켜서, 배축(440)을 정리하게 한다. 그렇게 하기 위해, 제어기(400)는 압축 공기 공급원(230)을 활성화시켜서, 축(226)을 중심으로 샤프트(224)(및 그에 따른 조오(244, 246))가 회전하게 한다. 샤프트(224)는 수직으로(즉, 절단 블록(116)의 플랜지(124)에 대해 수직하게) 절단 블레이드(170)를 배치하기 위해 회전된다. 도 56에 도시된 바와 같이, 절단 블레이드(170)는 플랜지(124)에 형성된 슬롯(164)과 정렬된다.
또한, 제어기(400)는 도 56에 화살표(700)로 표시된 바와 같이 절단 블레이드(170)를 승강시키기 위해 중간 구동 스테이지(210)를 작동시킬 수 있다. 배축(440)을 정리하기 위해, 제어기(400)는 블록(116) 상의 종자(12)를 향해 축(226)을 따라 절단 블레이드(170)를 선형적으로 전진시키도록 절단 장치(112)의 구동 스테이지(194)를 작동시킨다. 도 57에 도시된 바와 같이, 절단 블레이드(170)가 (예를 들어, 전방 벽(154)에 대한) 미리 정해진 절단 거리에 도달할 때까지, 절단 블레이드(170)는 슬롯(164)과 종자(12) 내로 전진하게 됨으로써, 배축(440)을 정리하게 된다.
도 63에 도시된 바와 같이, 절단 블레이드(170)는 배축(440)을 통해 전진하여, 축(440)의 선단(442)을 축(440)의 나머지 부분으로부터 분리한다. 전술한 바와 같이, 전형적으로, 배축(440)의 1/3 내지 1/2이 부착된 상태로 남을 수 있다. 즉, 배축(440)의 1/2 내지 2/3가 배축(440)의 나머지 부분으로부터 선단(442)과 함께 정리될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 배축(440)을 정리할 때, 절단 블레이드(170)는 떡잎(412, 414)을 관통하지 않는다. 일부 실시예에서, 종자(10) 내로 절단 블레이드(170)를 추가로 전진시킴으로써, 떡잎(412, 414)을 상처내는 것이 바람직할 수 있다. 그 다음, 제어기(400)는 구동 스테이지(194)를 작동시켜서, 절단 블레이드(170)를 종자(12)로부터 이격시키고 슬롯(164) 외부로 이동시키게 할 수 있다.
그 다음, 절차(1000)는 블록(1024)으로 진행할 수 있으며, 이 블록에서는, 제어기(400)가 절단 장치(112)를 작동시켜서, 종자(12)를 이분하기 위해 절단 블레이드(170)를 수평으로 배치하게 한다. 그렇게 하기 위해, 제어기(400)는 압축 공기 공급원(230)을 활성화시켜서, 도 56 및 도 57에 도시된 수직 위치로부터 도 58에 도시된 수평 위치로 축(226)을 중심으로 샤프트(224)(및 그에 따른 조오(244, 246))가 회전하게 한다. 또한, 제어기(400)는 절단 블레이드(170)를 종자(12)의 종축(418)과 정렬시키기 위해 절단 블레이드(170)를 승강시키도록 중간 구동 스테이지(210)를 작동시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 제어기(400)는 절단 블레이드(170)가 배치될 플랜지(124) 위의 거리를 결정하기 위해 거리(664)와 다른 공지된 물리적 치수를 이용할 수 있다.
절차(1000)의 블록(1026)에서는, 제어기(400)가 종자(12)를 이분하기 위해 전방 벽체(154)를 향하여 절단 블레이드(170)를 이동시킨다. 그렇게 하기 위해, 제어기(400)는 블록(116) 상의 종자(12)를 향해 축(226)을 따라 절단 블레이드(170)를 선형적으로 전진시키도록 절단 장치(112)의 구동 스테이지(194)를 작동시킨다. 도 59에 도시된 바와 같이, 절단 블레이드(170)가 전술한 바와 같은 (예컨대, 전방 벽체(154)에 대해 상대적인) 미리 정해진 이분 거리에 도달할 때까지, 절단 블레이드(170)는 종자(12) 내로 전진하게 된다.
도 64에 도시된 바와 같이, 절단 블레이드(170)는 제(424)의 종축(436)과 종자(12)의 종축(418)에 의해 형성되는 평면(438)과 정렬되고, 이 평면(438)을 따라 종피(416)와 제(424)를 통해 전진하게 됨으로써, 종자(12)에 개구(702)를 생성한다. 배축(440)은 떡잎(412)에 부착된 내측 부분(704)과 떡잎(414)에 부착된 측부(706)로 슬라이스된다. 도 64에 도시된 바와 같이, 절단 블레이드(170)는 배축(440)의 베이스(444)를 관통한다. 예시적인 실시예에서는, 절단 블레이드(170)가 종자(12)를 2개의 조각으로 완전히 이분하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 오히려, 배아 정리 및 이분 후, 종자(12)는 여전히 단일체로서 그립(18)에 의해 이송될 수 있다. 그 다음, 제어기(400)는 구동 스테이지(194)를 작동시켜서, 종자(12)로부터 절단 블레이드(170)를 이격시키게 할 수 있다.
절차(1000)의 블록(1028)에서는, 제어기(400)가 로봇 암(16)을 작동시켜서, 이분된 종자(12)를 대응하는 수용 영역(26)에 배치된 플레이트(38)로 이동시키게 한다. 그 다음, 제어기(400)는 음압 공급원(356)을 비활성화시켜서, 이분된 종자(12)를 플레이트(38) 상에 낙하시킨다. 블록(1030)에서는, 제어기(400)가 로봇 암(16)을 작동시켜서, 절단 블록(116)으로부터 모든 파편을 제거하도록 한다. 일부 실시예에서, 로봇 암(16)은 파편을 제거하기 위해 플랜지(124)의 상부 벽체(156)를 따라 그립(18)을 1회 이상 통과시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 그립 조립체(320)는, 제어기(400)에 전기적으로 결합되며, 파편과 같이 가벼운 물체를 몰아내기 위해 통로(352, 354)를 통해 가압 유체(예컨대, 압축 공기)를 전달하도록 구성된 압력 공급원을 포함한다. 그러한 실시예에서, 제어기(400)는, 그립(18)이 플랜지(124)를 따라 지나갈 때, 절단 블록(116)에 가압 유체를 전달하도록 압력 공급원을 작동시킬 수 있다.
블록(1032)에서는, 제어기(400)가 로봇 암(16)과 절단 장치(112)를 작동시켜서, 절단 블레이드(170)를 주기적으로 교환하도록 할 수 있다. 특정 실시예에 따라, 미리 정해진 기간이 경과한 후, 임계치의 종자(12)들이 프로세싱된 후, 및/또는 다른 조건에 응답하여, 절단 블레이드(170)를 교환할 수 있다.
전달 영역(24)에 있는 플레이트(36) 상의 각각의 종자(12)에 대해, 절차(1000) 또는 절차(1000)의 일부가 반복될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 암(16)들이 스테이션(28, 30)들을 교대로 이용하도록, 양 로봇 암(16)들을 이용하여 절차(1000)가 구현될 수 있다. 또한, 고유의 전용 스테이션(28, 30)을 각각 이용하는 하나 이상의 로봇 암(16)에 의해 절차가 구현될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
절단된 종자(12)들 중 하나 이상이 수용 영역(26)에 배치된 후, 사용자는 추가적인 프로세싱을 위해 시스템(10)으로부터 종자(12)를 제거할 수 있다. 그 중에서도, 사용자는 종피로부터 떡잎을 제거 분리하거나, 떡잎에 추가로 상처를 내거나, 아그로박테리움 배양물을 떡잎에 접종할 수 있다. 떡잎(412, 414)으로부터 종피(416)를 분리하기 위해, 사용자는 떡잎(412, 414)을 더 노출하도록 개구(702)를 확대할 수 있다. 종피(416)로부터 떡잎(412, 414)이 제거될 수 있으며, 종피(416)는 폐기될 수 있다. 도 65에 도시된 바와 같이, 분열된 대두 종자 또는 떡잎 절편으로 지칭될 수 있는 각각의 떡잎은 배축의 일부분을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 떡잎 절편(412)은 배축(440)의 일부분(704)을 포함하는 반면, 떡잎 절편(414)은 배축(440)의 일부분(706)을 포함한다. 그 다음, 각각의 떡잎 절편(412, 414)은, 추가적인 상처내기 또는 아그로박테리움 배양물 접종을 포함하여, 추가적인 프로세싱을 위해 준비된다.
발현 벡터를 식물 내로 도입하기 위해 광범위하게 활용되고 있는 방법인 아그로박테리움 배양물은 아그로박테리움의 자연 형질전환 시스템에 근거하고 있다 [Horsch 등, Science 227:1229 (1985)]. 에이. 투메파시엔스 및 에이. 리조게네스는 식물 세포를 유전적으로 형질전환시키기에 유용한 것으로 공지된 식물 병원성 토양 박테리아이다. 에이. 투메파시엔스 및 에이. 리조게네스 각각의 Ti 및 Ri 플라스미드는 식물의 유전적 형질전환에 대해 책임이 있는 유전자를 수반한다 [Kado, C. I., Crit. Rev. Plant. Sci. 10:1 (1991)]. 아그로박테리움 벡터 시스템 및 아그로박테리움-매개된 유전자 전이를 위한 방법에 관한 설명은 또한, 예를 들어 문헌 [Gruber 등, 상기 문헌], [Miki 등, 상기 문헌], [Moloney 등, Plant Cell Reports 8:238 (1989)], 및 미국 특허 번호 4,940,838 및 5,464,763에서 이용 가능하다.
아그로박테리움을 형질전환에 사용할 경우, 삽입시키고자 하는 DNA는 특수 플라스미드, 즉 중간 벡터 또는 이원성 벡터 내로 클로닝해야 한다. 중간 벡터는 그 자체가 아그로박테리움에서 복제할 수 없다. 중간 벡터는 헬퍼 플라스미드를 통하여 (접합) 아그로박테리움 투메파시엔스 내로 전이될 수 있다. 일본 담배 슈퍼바이너리(Japan Tobacco Superbinary) 시스템이 이러한 시스템의 한 예이다 (문헌 [Komari 등, (2006) In: Methods in Molecular Biology (K. Wang, ed.) No. 343: Agrobacterium Protocols (2nd Edition, Vol. 1) HUMANA PRESS Inc., Totowa, NJ, pp.15-41]; 및 [Komori 등, (2007) Plant Physiol. 145:1155-1160]에 의해 고찰됨). 이원성 벡터는 그 자체가 이. 콜라이(E. coli)와 아그로박테리움 둘 다에서 복제할 수 있다. 이들은 선택 마커 유전자, 및 우측 및 좌측 T-DNA 경계 영역에 의해 프레임되는 링커 또는 폴리링커를 포함한다. 이들은 아그로박테리움 내로 직접 형질전환될 수 있다(Holsters, 1978). 숙주 세포로서 사용된 아그로박테리움은 vir 영역을 수반하는 플라스미드를 포함해야 한다. Ti 또는 Ri 플라스미드는 또한, T-DNA의 전이에 필요한 vir 영역을 포함한다. 이러한 vir 영역은 T-DNA를 식물 세포 내로 전이시키는데 필요하다. 부가의 T-DNA를 함유할 수 있다.
아그로박테리움 투메파시엔스 숙주의 독력 기능은, 식물 세포가 이원성 T DNA 벡터(문헌 [Bevan (1984) Nuc. Acid Res. 12:8711-8721]) 또는 공동 배양 절차(문헌 [Horsch 등, (1985) Science 227:1229-1231])를 이용하여 상기 박테리아에 의해 감염되는 경우에, 이러한 식물 세포 DNA 내로 상기 구조물 및 인접한 마커를 함유하는 T-가닥을 삽입하는 것을 지시할 것이다. 일반적으로, 아그로박테리움 형질전환 시스템을 사용하여 쌍떡잎 식물을 조작한다 [Bevan 등, (1982) Ann. Rev. Genet 16:357-384; Rogers 등, (1986) Methods Enzymol. 118:627-641]. 아그로박테리움 형질전환 시스템을 또한 사용하여 DNA를 외떡잎 식물 및 식물 세포로 형질전환시킬 수 있을 뿐만 아니라 전이시킬 수 있다. 미국 특허 번호 5,591,616; 문헌 [Hernalsteen 등, (1984) EMBO J 3:3039-3041]; [Hooykass-Van Slogteren 등, (1984) Nature 311:763-764]; [Grimsley 등, (1987) Nature 325:1677-179]; [Boulton 등, (1989) Plant Mol. Biol. 12:31-40]; 및 [Gould 등,(1991) Plant Physiol. 95:426-434] 참조.
배축의 일부분을 포함하는 분열된 대두 종자에는 일반적으로 약 0.5 내지 3.0 시간 동안, 보다 일반적으로는 약 0.5 시간 동안, 적당한 유전성 구조물을 포함하는 아그로박테리움 배양물이 주입될 수 있으며, 그 후, 최대 약 5일 동안 적당한 매질에서 공동-배양 기간을 거치게 된다. 트랜스진의 복제물을 추정상 함유한 외식편이 배축의 일부분을 포함한 형질전환된 분열 대두 종자의 배양으로부터 발생한다. 이 외식편은 추가적인 조직 증식을 위해 식별되고 분리될 수 있다.
DNA를 숙주 식물 세포 내로 도입하는 데 많은 대체 기법들 또한 사용될 수 있다. 그러한 기법으로는 형질전환 제제로서 아그로박테리움 투메파시엔스 또는 아그로박테리움 리조게네스에 의해 전달되는 T-DNA로 형질전환시키는 것을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 미국 특허 번호 5,177,010, 미국 특허 번호 5,104,310, 유럽 특허 출원 번호 0131624B1, 유럽 특허 출원 번호 120516, 유럽 특허 출원 번호 159418B1, 유럽 특허 출원 번호 176112, 미국 특허 번호 5,149,645, 미국 특허 번호 5,469,976, 미국 특허 번호 5,464,763, 미국 특허 번호 4,940,838, 미국 특허 번호 4,693,976, 유럽 특허 출원 번호 116718, 유럽 특허 출원 번호 290799, 유럽 특허 출원 번호 320500, 유럽 특허 출원 번호 604662, 유럽 특허 출원 번호 627752, 유럽 특허 출원 번호 0267159, 유럽 특허 출원 번호 0292435, 미국 특허 번호 5,231,019, 미국 특허 번호 5,463,174, 미국 특허 번호 제4,762,785, 미국 특허 번호 5,004,863, 및 미국 특허 번호 5,159,135에는 아그로박테리움 기술의 예가 기재되어 있다. 식물 세포의 형질전환을 위해 T-DNA를 함유하는 벡터를 사용하는 것이 집중연구되었으며, 문헌 유럽 특허 출원 120516; [An 등, (1985, EMBO J. 4:277-284)], [Fraley 등, (1986, Crit. Rev. Plant Sci. 4: 1-46)], 및 [Lee and Gelvin (2008, Plant Physiol. 146: 325-332)]에 충분하게 기술되어 있으며, 본 기술분야에 잘 확립되어 있다.
또 다른 공지된 식물 형질전환 방법은 DNA를 미소발사체의 표면 상에서 운반하는, 미소발사체-매개된 형질전환이다. 이러한 방법에서는, 미소발사체가 식물 세포 벽 및 막을 침투하기에 충분한 속도로 이를 가속화시켜 주는 바이오리스틱 장치를 이용하여 발현 벡터를 식물 조직 내로 도입시킨다 [Sanford 등, Part. Sci. Technol. 5:27 (1987), Sanford, J. C., Trends Biotech. 6:299 (1988), Sanford, J. C., Physiol. Plant 79:206 (1990), Klein 등, Biotechnology 10:268 (1992)].
대안적으로, 유전자 전이 및 형질전환 방법은 염화칼슘 침전을 통한 원형질체 형질전환, 네이키드 DNA의 폴리에틸렌 글리콜 (PEG)-매개된 또는 전기천공-매개된 흡수(문헌 [Paszkowski 등, (1984) EMBO J 3:2717-2722], [Potrykus 등, (1985) Molec. Gen. Genet. 199:169-177]; [Fromm 등, (1985) Proc. Nat. Acad. Sci. USA 82:5824-5828]; 및 [Shimamoto (1989) Nature 338:274-276] 참조) 및 식물 조직의 전기천공(문헌 [D'Halluin 등, (1992) Plant Cell 4:1495-1505])을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
도면과 전술한 설명에서 본 개시물을 상세하게 예시하고 설명하였으나, 이러한 예시와 설명은 예로서 간주되어야 하며, 특성상 제한적인 것이 아니며, 오직 예시적인 실시예가 도시되고 설명되었으며, 본 개시물의 사상에 속하는 모든 변화 및 변경을 보호하고자 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본원에 기재된 방법, 장치 및 시스템의 다양한 특징으로부터 발생하는 본 개시물의 다수의 이점이 존재한다. 또한, 본 개시물의 방법, 장치 및 시스템의 대안적인 실시예는 아직 여전히 그러한 특징의 이점의 적어도 일부 이점을 활용하는 설명된 모든 특징을 포함하지 않을 수도 있다는 것을 유의한다. 관련 기술분야의 기술자라면, 첨부된 청구 범위에 의해 정의되는 본 개시물의 사상 및 범위 내에 속하는 본 발명의 특징 중 하나 이상을 포함하는 방법, 장치 및 시스템에 대한 자기 고유의 구현예를 용이하게 안출할 수 있다.

Claims (24)

  1. 자동화된 종자 준비 방법이며, 상기 방법은
    적어도 하나의 종자를 포함하는 표면의 화상을 촬영하는 단계,
    촬영된 화상에 기초하여 표면 상에서 종자의 위치를 결정하는 단계,
    로봇 암으로 종자를 파지하는 단계,
    종자의 이분을 위해 종자를 절단 블록 상에서 배향시키는 단계, 및
    종자가 절단 블록 상에서 배향될 때 종자를 이분하는 단계를 포함하는, 자동화된 종자 준비 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면은 트레이에 위치되고, 종자의 위치를 결정하는 단계는 그 위에 복수의 종자가 배치된 트레이 상에서 종자의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 자동화된 종자 준비 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    종자를 상기 표면으로부터 이격된 위치로 이동시키도록 로봇 암을 작동시키는 단계,
    이격된 위치에서 종자의 복수의 화상을 촬영하는 단계, 및
    촬영된 복수의 화상에 기초하여 이분을 위해 종자의 적절한 방위를 결정하는 추가로 단계를 포함하는, 자동화된 종자 준비 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    복수의 화상을 촬영하는 단계는,
    제1 시각으로부터 종자의 제1 화상을 촬영하도록 제1 카메라를 작동시키는 단계, 및
    제1 시각과 상이한 제2 시각으로부터 종자의 제2 화상을 촬영하도록 제2 카메라를 작동시키는 단계를 포함하는, 자동화된 종자 준비 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    종자의 적절한 방위를 결정하는 단계는 종자의 제의 중심과 종자의 종축의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 자동화된 종자 준비 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    종자의 이분을 위해 절단 블록 상에서 종자를 배향시키는 단계는 종자의 제의 중심과 종자의 종축에 의해 형성되는 가상 평면을 따라 절단 장치의 절단 블레이드와 종자를 정렬시키는 단계를 포함하는, 자동화된 종자 준비 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    종자가 절단 블록 상에 위치될 때 종자의 배축을 정리하는 단계를 추가로 포함하는, 자동화된 종자 준비 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    촬영된 복수의 화상에 기초하여 이분을 위해 종자의 적절한 방위를 결정하는 단계는 배축을 정리하기 위해 종자의 적절한 방위를 결정하는 단계를 또한 포함하고,
    종자의 배축을 정리하는 단계는 종자의 종축에 대해 절단 블레이드를 수직하게 배치하는 단계를 포함하는, 자동화된 종자 준비 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    절단 블록 상에서 종자를 이분하는 단계는 종자의 배축을 정리한 후에 종자를 이분하는 단계를 포함하는, 자동화된 종자 준비 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    절단 블록 상에서 종자를 이분하는 단계는 종자의 전체보다 작은 부분을 절단하는 단계를 포함하는, 자동화된 종자 준비 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    이분된 종자를 아그로박테리움 투메파시엔스 용액으로 이동시키는 단계를 더 포함하는, 자동화된 종자 준비 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    종자를 파지하기 전에 로봇 암의 그립을 멸균하는 단계를 더 포함하는, 자동화된 종자 준비 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    절단 블레이드를 선택하기 위해 로봇 암을 작동시키는 단계, 및
    절단 블레이드를 절단 장치에 배치하는 단계를 더 포함하고, 종자가 절단 블록 상에서 배향될 때 종자를 이분하는 단계는 절단 블레이드를 종자 내로 삽입하는 단계를 포함하는, 자동화된 종자 준비 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    종자를 이분한 후 로봇 암으로 절단 블레이드를 파지하는 단계, 및
    절단 블레이드를 제2 절단 블레이드로 교환하는 단계를 더 포함하는, 자동화된 종자 준비 방법.
  15. 종자 준비 장치이며,
    표면에 배치된 종자의 제1 화상을 촬영하도록 구성된 제1 카메라,
    종자를 파지하고 종자를 상기 표면으로부터 조명된 챔버로 이동시키도록 작동 가능한 로봇 암,
    조명된 챔버 내의 종자의 제2 화상을 촬영하도록 구성된 제2 카메라, 및
    종자를 수용하도록 구성된 절단 블록을 포함하고,
    로봇 암은 종자를 이분하기에 적절한 방위로 절단 블록 상에 종자를 배치하도록 추가로 작동 가능한, 자동화된 종자 준비 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    표면 상의 종자를 조명하기 위해 광원을 더 포함하는, 자동화된 종자 준비 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    조명된 챔버는 조명된 돔 내에 형성되는, 자동화된 종자 준비 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    조명된 챔버 내의 종자의 제3 화상을 촬영하도록 구성된 제3 카메라, 및
    종자의 적절한 방위를 결정하기 위해 제2 화상 및 제3 화상을 분석하도록 구성된 전자 제어기를 더 포함하는, 자동화된 종자 준비 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    조명된 챔버의 내부를 조명하도록 구성된 광원을 더 포함하는, 자동화된 종자 준비 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    전자 제어기는 표면 상에서 종자의 위치를 결정하기 위해 제1 화상을 분석하도록 추가로 구성되는, 자동화된 종자 준비 방치.
  21. 종자 준비 장치이며,
    챔버,
    표면 상의 종자의 제1 화상을 촬영하도록 구성된 제1 카메라,
    챔버 내의 종자의 제2 화상을 촬영하도록 구성된 제2 카메라,
    종자를 이분하도록 구성된 절단 장치,
    이동을 위해 종자를 파지하는 파지 장치를 구비한 로봇 암, 및
    전자 제어기를 포함하고, 전자 제어기는
    제1 화상에 기초하여 표면 상에 종자를 위치시키고,
    종자를 표면 상에서 붙잡고 제2 화상에 기초한 배향에서 종자를 절단 장치까지 이동시키도록 로봇 암을 작동시키고,
    종자를 이분하도록 절단 장치를 작동시키도록 구성되는, 종자 준비 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    전자 제어기는
    종자를 표면으로부터 챔버로 이동시키도록 로봇 암을 작동시키고,
    제2 화상을 촬영하도록 제2 카메라를 작동시키는 단계를 포함하는, 종자 준비 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    전자 제어기는 종자를 이분하고 종자의 배축을 정리하기 위하여 종자의 적절한 방위를 결정하기 위해 종자의 복수의 화상을 분석하도록 구성되는, 종자 준비 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    로봇 암은 적절한 방위로 종자를 배치하기 위해 종자를 절단 장치로 이동시키도록 구성되고,
    절단 장치는 종자가 적절한 방위로 절단 장치 내에 배치되어 있을 ‹š 종자의 배축을 정리하도록 구성되는, 종자 준비 장치.
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