本申請(qǐng)要求于2014年5月6日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)61/989276的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)通過引用明確地并入本文。

對(duì)相關(guān)美國申請(qǐng)的交叉引用

對(duì)下述申請(qǐng)進(jìn)行交叉引用：由donaldl.mccarty，ii等人于2014年5月6日提交的題為“systemforimagingandorientingseedsandmethodofuse”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)61/989266，以及由donaldl.mccarty,ii等人于2014年5月6日提交的題為“systemforseedpreparationandmethodofuse”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)61/989275，這兩個(gè)申請(qǐng)均通過引用并入本文。

本發(fā)明總體上涉及用于制備用于植物育種的種子的裝置，更具體地說，涉及用于制備基因轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)基因工程所用種子和種子外植體的裝置。

背景技術(shù)：

大豆(glycinemax)是最重要的農(nóng)作物之一，年作物產(chǎn)量超過2億噸，并且全世界的估計(jì)值超過400億美元。大豆占全球所有油籽產(chǎn)品的97％以上。因此，用于改進(jìn)這種珍貴作物的質(zhì)量和產(chǎn)量的可靠且有效的方法，是非常有意義的。

用于改良大豆的傳統(tǒng)育種方法受到限制，因?yàn)榇蠖鄶?shù)大豆品種僅來自少數(shù)親本品系，導(dǎo)致用于育種的窄種質(zhì)基因。參見christou等人，tibtech8:145-151(1990)?，F(xiàn)代研究的努力集中在植物基因工程技術(shù)，以改進(jìn)大豆生產(chǎn)。轉(zhuǎn)基因方法設(shè)計(jì)為將期望的基因引入作物植物的可遺傳種系中以產(chǎn)生優(yōu)良植物系。該方法已經(jīng)成功地增加了幾種其它作物植物對(duì)疾病、昆蟲和除草劑的抗性，同時(shí)提高了營養(yǎng)價(jià)值。

已經(jīng)開發(fā)了用于將基因轉(zhuǎn)移到植物組織中的幾種方法，包括高速微投射、微注射、電穿孔和直接dna攝取。農(nóng)桿菌介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)化最近已被用于將有關(guān)基因引入大豆。然而，大豆已被證明是一個(gè)對(duì)轉(zhuǎn)基因工程具有挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)。大豆外植體的有效轉(zhuǎn)化和再生是難以實(shí)現(xiàn)的，并且經(jīng)常難以重復(fù)。

根癌農(nóng)桿菌是一種致病的土壤棲細(xì)菌，其具有將其稱為t-dna的dna轉(zhuǎn)移到宿主植物細(xì)胞中并誘導(dǎo)宿主細(xì)胞產(chǎn)生對(duì)細(xì)菌營養(yǎng)有用的代謝物的固有能力。使用重組技術(shù)，可以用相關(guān)的一種或多種基因替換一些或全部t-dna，產(chǎn)生用于轉(zhuǎn)化宿主植物的細(xì)菌載體。農(nóng)桿菌介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移通常針對(duì)組織培養(yǎng)物中的未分化細(xì)胞，但也可以針對(duì)取自植物的葉或莖的分化細(xì)胞。已經(jīng)開發(fā)了許多用于農(nóng)桿菌介導(dǎo)的大豆轉(zhuǎn)化的程序，其可以基于經(jīng)受轉(zhuǎn)化的外植體組織而被寬松地分類。

olhoft等人的美國專利7,696,408公開了用于轉(zhuǎn)化單子葉植物和雙子葉植物的子葉節(jié)點(diǎn)法。“子葉節(jié)點(diǎn)”方法包括：通過就在子葉節(jié)點(diǎn)下面切割，從5-7天齡的大豆幼苗中除去下胚軸；切開并分離其余的下胚軸段與子葉；以及從子葉中除去上胚軸。子葉外植體在腋芽和/或子葉節(jié)的區(qū)域形成創(chuàng)傷，并在黑暗中用根癌農(nóng)桿菌培養(yǎng)5天。該方法需要種子的體外萌發(fā)，并且形成創(chuàng)傷步驟引入顯著的變異性。

martinelli等人的美國專利6,384,301公開了將農(nóng)桿菌介導(dǎo)的基因傳送到從大豆種子切下的大豆胚胎中的活的分生組織中，然后用選擇劑和激素來培養(yǎng)分生組織外植體以誘導(dǎo)芽形成。類似于“子葉節(jié)點(diǎn)”法，優(yōu)選在感染之前使分生組織外植體形成創(chuàng)傷。

paz等人的美國專利7,473,822公開了稱為“半種子外植體”法的、修改的子葉節(jié)點(diǎn)法。成熟的大豆種子被吸收、被表面滅菌并沿著種臍被切開。在感染之前，胚軸和芽完全去除，但沒有發(fā)生其它創(chuàng)傷。農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化繼續(xù)進(jìn)行，選擇潛在的轉(zhuǎn)化體，并且在選擇培養(yǎng)基上再生外植體。

使用這些方法的轉(zhuǎn)化效率一直較低，對(duì)于“子葉節(jié)點(diǎn)”法為約0.3％至2.8％的量級(jí)，對(duì)于“分生組織外植體”法為約1.2至4.7％的量級(jí)，以及對(duì)于“半種子外植體”法為3.2％和8.7％之間(總體上4.9％)的量級(jí)。在本領(lǐng)域中近似3％的轉(zhuǎn)化效率是典型的。

改進(jìn)的“切開種子”轉(zhuǎn)基因方案可以加速轉(zhuǎn)基因大豆產(chǎn)品的未來生產(chǎn)和發(fā)育。用于將轉(zhuǎn)基因穩(wěn)定整合到大豆組織中的高效且高產(chǎn)的方法將有助于育種計(jì)劃并且具有增加作物產(chǎn)量的潛力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種用于自動(dòng)進(jìn)行種子制備的方法和設(shè)備。根據(jù)一個(gè)方面，所述方法包括將種子布置在表面或容器上，將種子與自動(dòng)化工具接合，將種子定向?yàn)橛糜谶M(jìn)行切割或形成創(chuàng)傷，以及在種子被定向時(shí)切割種子或?qū)ΨN子形成創(chuàng)傷。該方法還可以包括部分切割種子的胚軸。在一些實(shí)施例中，用外源dna來轉(zhuǎn)化切割或形成創(chuàng)傷后的種子。

本發(fā)明的范圍不限于所使用的具體結(jié)構(gòu)或具體術(shù)語。例如，術(shù)語“機(jī)械臂”可以用術(shù)語“自動(dòng)化工具”代替。另外，術(shù)語“表面”或“容器”可以替代術(shù)語“托盤”，術(shù)語“切割單元”可以替換為術(shù)語“切割表面”、“支撐單元”或“單元”。

該自動(dòng)進(jìn)行種子制備的方法可以包括：拍攝包括至少一個(gè)種子的托盤的圖像，基于拍攝的圖像確定種子在表面或容器(例如，托盤)上的位置，用自動(dòng)化工具(例如，機(jī)械臂)抓取種子，在切割表面(例如，切割單元)上對(duì)種子進(jìn)行定向，以用于進(jìn)行種子剖分，并且當(dāng)種子定向在切割表面上時(shí)將種子剖分。在一些實(shí)施例中，該方法還可以包括部分切割種子的胚軸。在一些實(shí)施例中，確定種子的位置可包括確定種子在放有多個(gè)種子的托盤上的位置。

在一些實(shí)施例中，該方法還可以包括：操作機(jī)械臂以將種子從托盤移動(dòng)到分開的位置，在該分開的位置處拍攝種子的多個(gè)圖像，以及基于多個(gè)拍攝圖像確定剖分所用的種子的正確方向。在一些實(shí)施例中，該多個(gè)圖像可以由一個(gè)相機(jī)拍攝，該相機(jī)從一個(gè)以上視角拍攝圖像集。在其它實(shí)施例中，拍攝該多個(gè)圖像可以包括：操作第一相機(jī)以從第一視角拍攝種子的第一圖像集，以及操作第二相機(jī)以從不同于第一視角的第二視角拍攝種子的第二圖像集。本文所使用的“圖像集”可以包括一個(gè)圖像或多個(gè)圖像。

另外，在一些實(shí)施例中，確定種子的該正確方向可以包括確定種子的種臍的中心和種子的縱向軸線的位置。

在一些實(shí)施例中，在切割表面(例如，切割單元)上對(duì)種子進(jìn)行定向以用于進(jìn)行種子剖分，可包括使種子與切割裝置的切割刀片沿著由種子的種臍的中心和種子的縱向軸線限定的假想平面對(duì)準(zhǔn)。

在一些實(shí)施例中，該方法還可包括當(dāng)種子位于切割表面上時(shí)修剪種子的胚軸。在一些實(shí)施例中，基于所述多個(gè)拍攝圖像確定剖分所用的種子的正確方向，還可以包括確定修剪胚軸所用的種子的正確方向。修剪種子的胚軸可以包括將切割刀片設(shè)置成垂直于種子的縱向軸線。

在一些實(shí)施例中，在切割表面上剖分種子可包括在修剪種子的胚軸之后剖分種子。另外，在一些實(shí)施例中，在切割表面上剖分種子可以包括切割穿過少于整個(gè)種子。在一些實(shí)施例中，該方法可以進(jìn)一步包括將剖分的種子移至根癌農(nóng)桿菌溶液。

在一些實(shí)施例中，該方法可以包括：在抓取種子之前，對(duì)自動(dòng)化工具(例如，機(jī)械臂)的抓取器進(jìn)行消毒。該方法可以包括：操作自動(dòng)化工具或機(jī)械臂以選擇切割刀片，并且將切割刀片設(shè)置在切割裝置上。該方法還可以包括：在種子定向在切割單元上時(shí)，通過將切割刀片插入種子中而剖分種子。在一些實(shí)施例中，該方法可以包括：在剖分種子之后用相同或不同的自動(dòng)化工具抓取切割刀片，并且操作自動(dòng)化工具以用切割裝置上的第二切割刀片替換該切割刀片。

根據(jù)另一方面，種子制備設(shè)備包括：第一相機(jī)，其被構(gòu)造為拍攝放置在表面或托盤上的種子的第一圖像集；機(jī)械臂，其可進(jìn)行操作以抓取種子并將種子從表面或托盤移動(dòng)到光亮腔室；第二相機(jī)，其被構(gòu)造為拍攝光亮腔室內(nèi)的種子的第二圖像集；和切割單元，其被構(gòu)造為接收種子。機(jī)械臂還可進(jìn)行操作以將種子按照用于種子剖分的正確方向設(shè)置在切割單元上。

在一些實(shí)施例中，種子制備設(shè)備可包括位于托盤的第一側(cè)上的光源，用以照亮托盤上的種子。在一些實(shí)施例中，光亮腔室可以被限定在光亮穹頂中。

在一些實(shí)施例中，種子制備設(shè)備可以包括：第三相機(jī)，其被構(gòu)造為拍攝光亮腔室內(nèi)的種子的第三圖像集；以及電子控制器，其被構(gòu)造為分析第二圖像集和第三圖像集，以確定種子的正確方向。

在一些實(shí)施例中，種子制備設(shè)備可以包括被構(gòu)造為照亮光亮腔室的內(nèi)部的光源。在一些實(shí)施例中，電子控制器可以進(jìn)一步被構(gòu)造為分析第一圖像集，以確定種子在托盤上的位置。

根據(jù)另一方面，種子制備設(shè)備包括：腔室；第一相機(jī)，其構(gòu)造為拍攝托盤上的種子的第一圖像集；第二相機(jī)，其構(gòu)造成拍攝腔室內(nèi)的種子的第二圖像集；切割裝置，其構(gòu)造成剖分種子；機(jī)械臂，其包括用以抓取種子進(jìn)行移動(dòng)的抓取裝置；以及電子控制器。電子控制器被構(gòu)造為基于第一圖像集確定種子在托盤上的位置，操作機(jī)械臂以捕捉托盤上的種子，以及基于第二圖像集以某一方向?qū)⒎N子移動(dòng)到切割裝置，并且操作切割裝置將種子剖分。

在一些實(shí)施例中，電子控制器可以被構(gòu)造為操作機(jī)械臂，以將種子從托盤移動(dòng)到腔室，并且操作第二相機(jī)以拍攝第二圖像集。

在一些實(shí)施例中，電子控制器可以被構(gòu)造為分析種子的多個(gè)圖像，以確定剖分種子和修剪種子的胚軸所用的種子的正確方向。

在一些實(shí)施例中，機(jī)械臂可以被構(gòu)造為將種子移動(dòng)到切割裝置以將種子以正確方向定位，并且切割裝置被構(gòu)造為在種子以正確方向定位在切割裝置中的同時(shí)，修剪種子的胚軸。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開了一種切割單元。切割單元包括主體，主體包括前壁和離開前壁延伸的基本平坦的上壁。第一開口限定在前壁中，第二開口限定在上壁中，多個(gè)內(nèi)壁從第一開口和第二開口向內(nèi)延伸，以在前壁和上壁中限定槽口。該槽口的尺寸被定為用于接收切割工具。切割單元的尺寸被定為用于支撐例如大豆種子的種子或具有該尺寸的任何種子，以便切割工具可以沿著槽口前進(jìn)以與種子接觸。

在一些實(shí)施例中，上壁可從前壁延伸到后邊緣。主體還可包括從后邊緣向上延伸的基本平坦的側(cè)壁。在一些實(shí)施例中，側(cè)壁可以是從上壁的后邊緣延伸到上邊緣的第一側(cè)壁。主體還可以包括從第一側(cè)壁的上邊緣延伸的第二側(cè)壁。第二側(cè)壁可以相對(duì)于主體的第一側(cè)壁和上壁傾斜地延伸。

在一些實(shí)施例中，第二側(cè)壁可以從第一側(cè)壁的上邊緣延伸到頂邊緣，并且主體還可以包括從第二側(cè)壁的頂邊緣延伸的頂壁。頂壁可以相對(duì)于第二側(cè)壁傾斜地延伸。

在一些實(shí)施例中，頂壁可以平行于切割單元的上壁延伸。

在一些實(shí)施例中，槽口可從前壁中的第一開口延伸到位于前壁和上壁后邊緣之間的背邊緣。

在一些實(shí)施例中，第一開口可以設(shè)置在前壁的中央。在一些實(shí)施例中，主體可以形成為單個(gè)的單件式金屬主體。在一些實(shí)施例中，主體可以固定到具有自動(dòng)切割系統(tǒng)的表面。

在另外的實(shí)施例中，公開了一種組合體。該組合體包括本文中帶有例如大豆種子等種子或具有該尺寸的任何種子的各切割單元。大豆種子可以被切割、剖分、修剪或以其它方式形成創(chuàng)傷以用于轉(zhuǎn)化。在一些實(shí)施例中，可修剪種子的胚軸以用于轉(zhuǎn)化。

根據(jù)另一方面，公開了一種切割系統(tǒng)。該切割系統(tǒng)包括：自動(dòng)切割系統(tǒng)，自動(dòng)切割系統(tǒng)包括切割工具；和切割單元，切割單元包括上壁和限定在上壁中的槽口，槽口的尺寸被定為用于接收自動(dòng)切割系統(tǒng)中的切割工具。自動(dòng)切割系統(tǒng)可進(jìn)行操作以使切割工具相對(duì)于切割單元沿著第一軸線直線移動(dòng)，并且使切割工具圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)，以將切割工具定位到用于插入到槽口中的位置。

在一些實(shí)施例中，自動(dòng)切割系統(tǒng)還可包括：電馬達(dá)，其可進(jìn)行操作以使切割工具沿著第一軸線直線移動(dòng)；以及氣動(dòng)裝置，其可進(jìn)行操作以使切割工具圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)。

在一些實(shí)施例中，自動(dòng)切割系統(tǒng)還可包括被構(gòu)造為接收切割工具的一對(duì)可移動(dòng)爪。該對(duì)可移動(dòng)爪可以能夠進(jìn)行操作以在切割工具可從爪移除的未鎖定位置和切割工具被保持在爪上的鎖定位置之間移動(dòng)。

在一些實(shí)施例中，自動(dòng)切割系統(tǒng)還可包括第二氣動(dòng)裝置，其可進(jìn)行操作以使該對(duì)爪在未鎖定位置和鎖定位置之間移動(dòng)。

在一些實(shí)施例中，自動(dòng)切割系統(tǒng)還可以包括電子控制器，該電子控制器包括處理器、存儲(chǔ)裝置和存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的多條指令，該多條指令當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)使得處理器：操作第一壓縮空氣源，將該對(duì)爪從未鎖定位置移動(dòng)到鎖定位置；操作第二壓縮空氣源，使切割工具圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)到切割工具豎直地延伸的方向；以及操作第一電馬達(dá)，將切割工具送進(jìn)到限定在切割單元中的槽口中。在一些實(shí)施例中，電子控制器還可以包括多個(gè)指令，該多條指令當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)使得處理器：操作第一電馬達(dá)，將切割工具從限定在切割單元中的槽口移除；操作第二壓縮空氣源，使切割工具圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)到切割工具水平地延伸的第二方向；以及操作第一電馬達(dá)，使切割工具前進(jìn)越過切割單元的上壁。

在一些實(shí)施例中，切割單元可以包括前壁，并且基本平坦的上壁離開前壁延伸，并且第一開口限定在前壁中，第二開口限定在上壁中，并且多個(gè)內(nèi)壁從第一開口和第二開口向內(nèi)延伸，以在前壁和上壁中限定槽口。

在一些實(shí)施例中，切割工具可以可移除地聯(lián)接到自動(dòng)切割系統(tǒng)。

根據(jù)另一方面，公開了一種切割種子的方法。該方法包括：使切割工具沿著第一軸線前進(jìn)到限定在切割單元中的槽口中，并且在種子中進(jìn)行第一切割；使切割工具圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)；以及使切割工具前進(jìn)到種子中，進(jìn)行第二切割。在一些實(shí)施例中，可以通過操作壓縮空氣源或電馬達(dá)來使切割工具旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，可以通過操作一個(gè)以上電馬達(dá)使切割工具前進(jìn)到種子中。

在一些實(shí)施例中，該方法可以包括：將切割工具定位在一對(duì)爪上；以及移動(dòng)該對(duì)爪，以將切割工具固定到該對(duì)爪。在一些實(shí)施例中，該對(duì)爪可以移動(dòng)分開，以接合切割工具。另外，在一些實(shí)施例中，該對(duì)爪可以通過操作壓縮空氣源而被移動(dòng)。

在一些實(shí)施例中，將切割工具定位在該對(duì)爪上可以包括將切割工具附接到自動(dòng)化工具，諸如機(jī)械臂。

在一些實(shí)施例中，該方法還可包括操作負(fù)壓力源，以經(jīng)由抽吸將切割工具附接到機(jī)械臂。

根據(jù)另一方面，公開了一種用于對(duì)種子成像的方法。該方法包括：使用諸如機(jī)械臂等自動(dòng)化工具將包括種臍的種子定位在諸如穹頂?shù)裙饬两Y(jié)構(gòu)內(nèi)；將種子投影到垂直于光亮穹頂?shù)闹行妮S延伸的第一平面上；使種子旋轉(zhuǎn)，以將種子定向?yàn)槠叫杏谖挥诘谝黄矫嬷械牡谝患傧胨骄€；將種子投影到垂直于第一平面延伸的第二平面上；將種子定向?yàn)槠叫杏谖挥诘诙矫嬷械牡诙傧胨骄€；識(shí)別種子的種臍和第二假想水平線之間的距離；以及基于所識(shí)別的距離對(duì)種子進(jìn)行定向，以將種臍定位在第二假想水平線上。

如上所述，本發(fā)明的范圍不限于所公開的結(jié)構(gòu)或所使用的術(shù)語。因此，術(shù)語“光亮穹頂”可以用例如術(shù)語“光亮結(jié)構(gòu)”替代。

在一些實(shí)施例中，對(duì)種子進(jìn)行定向以將種臍定位在第二假想水平線上可以包括對(duì)種子進(jìn)行定向，以將種臍的中心定位在第二假想水平線上。在一些實(shí)施例中，對(duì)種子進(jìn)行定向以將種臍的中心定位在第二假想水平線上可以包括對(duì)種子進(jìn)行定向，以使種臍的質(zhì)心與種子的質(zhì)心重合。

另外，在一些實(shí)施例中，該方法還可以包括：識(shí)別種子的胚胎的位置；識(shí)別最接近所識(shí)別的位置的種臍的邊緣和沿著第二假想水平線的種子的外邊緣；以及識(shí)別種臍的邊緣和種子的外邊緣之間要對(duì)種子的胚軸進(jìn)行修剪的點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，識(shí)別胚胎的位置可以包括使用特征匹配來分析種子在第二平面上的一個(gè)以上投影。

在一些實(shí)施例中，將種子投影到第一平面上可以包括用第一相機(jī)拍攝第一圖像集，并且將種子投影到第二平面上可以包括用第二相機(jī)拍攝第二圖像集。

在一些實(shí)施例中，第一相機(jī)可以的光軸平行于第二相機(jī)的光軸，并且利用第一相機(jī)拍攝第一圖像集可以包括拍攝從相對(duì)于第一相機(jī)的光軸以45度的角度延伸的反射鏡反射的光。

在一些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)種子以將種子定向?yàn)槠叫杏诘谝患傧胨骄€可以包括響應(yīng)于確定種子未定向?yàn)槠叫杏诘谝患傧胨骄€而旋轉(zhuǎn)種子。在一些實(shí)施例中，使種子定向?yàn)槠叫杏诘诙傧胨骄€可以包括響應(yīng)于確定種子未定向?yàn)槠叫杏诘诙傧胨骄€而對(duì)種子進(jìn)行定向，以及對(duì)種子進(jìn)行定向以將種臍定位在第二假想水平線上可以包括響應(yīng)于確定種臍沒有定位在第二假想水平線上而對(duì)種子進(jìn)行定向。

在一些實(shí)施例中，該方法還可以包括：分析與種子在第一平面上的投影相對(duì)應(yīng)的第一圖像集，以確定種子相對(duì)于第一假想水平線的方向；以及分析與種子在第二平面上的投影相對(duì)應(yīng)的第二圖像集，以確定種子相對(duì)于第二假想水平線的方向。

在一些實(shí)施例中，分析第二圖像集可以包括：識(shí)別種子的第一縱向端和第二縱向端；識(shí)別在第一縱向端處的種子的左矩形豎向橫截面；識(shí)別在第二縱向端處的種子的右矩形豎向橫截面；確定左矩形豎向橫截面和右矩形橫截面中的每一個(gè)的質(zhì)心；并且將左矩形豎向橫截面的質(zhì)心和右矩形橫截面的質(zhì)心用假想線段互相連接。在一些實(shí)施例中，將種子定向?yàn)槠叫杏诘诙傧胨骄€可以包括對(duì)種子進(jìn)行定向，使得該線段平行于第二假想水平線。

在一些實(shí)施例中，左矩形豎向橫截面和右矩形豎向橫截面中的每一個(gè)的水平寬度可以等于至少十個(gè)圖像像素。

在一些實(shí)施例中，分析第二圖像集可以進(jìn)一步包括確定線段相對(duì)于第二假想水平線的角度，并且為將線段定向?yàn)槠叫杏诘诙傧胨骄€而使種子旋轉(zhuǎn)的量，基于所確定的角度。

在一些實(shí)施例中，該方法可以進(jìn)一步包括：響應(yīng)于將種子定向?yàn)槠叫杏诘诙傧胨骄€，將種子投影到第二平面上；以及響應(yīng)于將種子定向?yàn)槠叫杏诘诙傧胨骄€，分析與種子在第二平面上的投影相對(duì)應(yīng)的第三圖像集，以識(shí)別種臍和第二假想水平線之間的距離。

在一些實(shí)施例中，分析第三圖像集可以包括：識(shí)別種子的縱向端；確定縱向端和種臍中的每一個(gè)的質(zhì)心；以及將縱向端的質(zhì)心和種臍的質(zhì)心用假想線段互相連接。另外，在一些實(shí)施例中，對(duì)種子進(jìn)行定向以將種臍定位在第二假想水平線上可以包括對(duì)種子進(jìn)行定向，使得所述線段與第二假想水平線重合。

在一些實(shí)施例中，分析第三圖像集可以進(jìn)一步包括確定所述線段相對(duì)于第二假想水平線的角度，并且為將線段定向?yàn)榕c第二假想水平線重合而使種子移動(dòng)的量，基于所確定的角度。

在一些實(shí)施例中，該方法還可以包括基于種子在第二平面上的投影來確定定位切割刀片所用的種子的高度。該高度可以是種子在垂直于第二假想水平線的方向上的寬度。在一些實(shí)施例中，該方法還可以包括經(jīng)由抽吸力將種子附接到機(jī)械臂。

根據(jù)另一方面，一種用于對(duì)種子成像的方法包括：拍攝種子的多個(gè)圖像；基于所拍攝的多個(gè)圖像確定種子的方向和種子的種臍的位置；以及基于所確定的種子的方向和種臍的位置，用機(jī)械臂移動(dòng)種子，以將種子定向在某一位置。

在一些實(shí)施例中，拍攝多個(gè)圖像可以包括：用第一相機(jī)從第一視角拍攝種子的第一圖像集；以及用第二相機(jī)從垂直于第一視角的第二視角拍攝種子的第二圖像集。

在一些實(shí)施例中，確定種子的方向可以包括：確定種子相對(duì)于第一拍攝圖像集的第一邊界線的方向；以及確定種子相對(duì)于第二拍攝圖像集的第二邊界線的方向。

根據(jù)另一方面，種子成像設(shè)備包括：機(jī)械臂；一個(gè)以上光源；中空主體，其具有中心軸線并被構(gòu)造為由一個(gè)以上光源來照亮；第一相機(jī)，其被構(gòu)造為拍攝位于中空主體內(nèi)的種子的第一圖像集。第一圖像集是沿著中心軸線的第一視角拍攝的。種子成像設(shè)備包括：第二相機(jī)，其被構(gòu)造為沿著垂直于中心軸線的第二軸線的第二視角拍攝種子的第二圖像集；以及電子控制器，被構(gòu)造為分析第一圖像集和第二圖像集，以確定進(jìn)行剖分所用的種子的正確方向，以及指示機(jī)械臂將種子移動(dòng)到該正確方向。

在一些實(shí)施例中，第一相機(jī)的光軸可以平行于第二相機(jī)的光軸，并且第一相機(jī)可以被構(gòu)造為拍攝從相對(duì)于第一相機(jī)的光軸以45度角度延伸的反射鏡反射的光。

在一些實(shí)施例中，機(jī)械臂可以被構(gòu)造為通過將抽吸力施加到種子的側(cè)面來固定種子。

附圖說明

詳細(xì)描述特別是參考以下附圖，其中：

圖1是用于制備用于基因轉(zhuǎn)化的種子的系統(tǒng)的透視圖；

圖2是圖1的系統(tǒng)的俯視圖；

圖3是圖2系統(tǒng)的靠泊部一部分的分解透視圖；

圖4是圖2系統(tǒng)的成像站的透視圖；

圖5是圖4成像站的分解透視圖；

圖6是圖2系統(tǒng)的切割裝置的透視圖；

圖7是圖6切割裝置的切割單元的分解透視圖；

圖8是圖7切割單元的俯視圖；

圖9是圖7-8切割單元的側(cè)視圖；

圖10a是圖6切割裝置的俯視圖，示出了爪處于分離位置；

圖10b是圖6切割裝置的前透視圖，示出了爪處于分離位置；

圖11a是類似于圖10a的視圖，示出了爪處于接合位置；

圖11b是類似于圖10b的視圖，示出了爪處于接合位置；

圖12是圖1系統(tǒng)的切割工具托盤的透視圖；

圖13是圖1系統(tǒng)的機(jī)械臂的抓取組件的透視圖；

圖14是圖1系統(tǒng)的簡化框圖；

圖15-16是示出圖1系統(tǒng)所用的作為舉例的操作過程的框圖；

圖17-19是示出用于確定大豆種子的期望切割位置和切割深度的作為舉例的過程的框圖；

圖20-26是對(duì)圖15-16的操作過程中各種初步動(dòng)作的舉例說明，包括對(duì)圖1系統(tǒng)的抓取器消毒以及選擇切割工具；

圖27-29是舉例說明用于識(shí)別待由圖1系統(tǒng)拾取的種子的、圖15-16操作過程的圖像拍攝過程的圖示；

圖30-31是對(duì)圖1系統(tǒng)將種子移動(dòng)到系統(tǒng)成像站的舉例說明；

圖32-55是舉例說明在圖17-19的過程期間創(chuàng)建的圖像；

圖56-59是舉例說明圖1系統(tǒng)切割種子以制備用于基因轉(zhuǎn)化的種子；

圖60是大豆種子的平面圖；

圖61是圖60大豆種子的側(cè)視圖；

圖62是沿圖60中的線62-62截取的大豆種子的側(cè)視橫截面圖；

圖63是沿圖57中的線63-63截取的大豆種子的側(cè)視橫截面圖；

圖64是沿圖59中的線64-64截取的大豆種子的側(cè)視橫截面圖；和

圖65是使用圖1系統(tǒng)制備的一對(duì)子葉段的平面圖。

具體實(shí)施方式

盡管本發(fā)明的構(gòu)思易于進(jìn)行各種修改和由各種替代形式，但其具體示例性實(shí)施例已經(jīng)通過附圖中的示例示出并且將在本文中詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，這里沒有任何將本發(fā)明構(gòu)思限制為所公開的特定形式的意圖，相反，本發(fā)明旨在涵蓋落入由權(quán)利要求書限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替代。

本文所用的“子葉”通?？梢灾阜N子植物的胚胎的胚葉或“主葉”。子葉在本領(lǐng)域中也稱為“種子葉”。雙子葉物種、例如大豆，具有兩個(gè)子葉。子葉段是指子葉的任何部分，無論它是整個(gè)或整體的子葉，或者是子葉的片段或局部部分。“子葉節(jié)點(diǎn)”是指種子或幼苗中子葉與胚胎的附接點(diǎn)，并且通常可以指與該附接點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的組織。

本文所用的術(shù)語“捕捉”是指用工具保持或攫取大豆種子?？傻玫降脑试S牢固地抓緊大豆種子的任何機(jī)制或作用被認(rèn)為在術(shù)語“捕捉”的范圍內(nèi)。

本文所使用的術(shù)語“切割刀片”是指適于切割或?qū)ΨN子形成創(chuàng)傷以用于轉(zhuǎn)化的任何切割工具，例如剃刀、小刀、水果刀、解剖刀、鑿子、刀具、柳葉刀等。在本文公開的實(shí)施例中，每一處談及切割刀片的地方，都可以用激光或微型激光器發(fā)射以切割或?qū)ΨN子形成創(chuàng)傷以用于轉(zhuǎn)換來代替。

本文所用的術(shù)語“種皮”是指作為種子保護(hù)層的胚珠的外皮。除了本領(lǐng)域已知的其它類似術(shù)語之外，種皮還可以通過“外種皮(testa)”或“外皮(husk)”等替代描述性術(shù)語來描述。種皮可以含有疏水性物質(zhì)，例如軟木脂、角質(zhì)、木質(zhì)素、胼胝質(zhì)、果膠、蠟質(zhì)類以及酚氧化的不溶性產(chǎn)物。在大豆等豆類中，外種皮含有厚壁大石細(xì)胞的柵欄層，其冠部延伸到栓化子表皮，其中在較厚的軟木質(zhì)素層外部具有蠟狀表皮。

本文所用的術(shù)語“胚胎軸(embryonicaxis)”或“胚軸(embryoaxis)”是指植物的胚胎的主要部分，并且通常包括上胚軸和下胚軸。

本文所用的術(shù)語“遺傳修飾”或“轉(zhuǎn)基因”植物是指包含預(yù)選的dna序列的植物細(xì)胞、植物組織、植物部分、植物種質(zhì)或植物，該預(yù)選的dna序列通過轉(zhuǎn)化被引入到植物細(xì)胞、植物組織、植物部分、植物種質(zhì)或植物的基因組中。

本文所用的術(shù)語“轉(zhuǎn)基因的”、“異源的”、“引入的”或“外源的”dna或基因是指重組dna序列或基因：其不天然地發(fā)生在作為重組dna或基因的受體的植物的基因組中，或者發(fā)生在受體植物中在基因組中與未轉(zhuǎn)化的植物中不同的位置或締合(association)處。

本文所用的術(shù)語“外植體”是指一片大豆組織：其從供體植物(例如，來自供體種子)中移出或分離，在體外培養(yǎng)，并且能夠在合適的培養(yǎng)基中生長。

本文所用的術(shù)語“植物”是指完整植物、植物組織、植物部分(包括花粉、種子或胚胎)、植物種質(zhì)、植物細(xì)胞或植物組?？捎糜诒景l(fā)明方法的植物種類不限于大豆，而是可通常包括適于轉(zhuǎn)化技術(shù)的任何植物，包括單子葉植物和雙子葉植物。

本文所使用的術(shù)語“轉(zhuǎn)化”是指將核酸或片段轉(zhuǎn)移和整合到宿主生物體中，導(dǎo)致遺傳上穩(wěn)定的遺傳。含有轉(zhuǎn)化的核酸片段的宿主生物體稱為“轉(zhuǎn)基因的”或“重組的”或“轉(zhuǎn)化的”生物體。已知的轉(zhuǎn)化方法包括根癌農(nóng)桿菌或發(fā)根農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化、磷酸鈣轉(zhuǎn)化、聚凝胺轉(zhuǎn)化、原生質(zhì)體融合、電穿孔、超聲方法(例如聲波穿孔)、脂質(zhì)體轉(zhuǎn)化、顯微注射、裸dna、質(zhì)粒載體、病毒載體、轟擊(微粒轟擊法)、碳化硅whiskers^tm介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化、氣溶膠束或peg轉(zhuǎn)化以及其它可能的方法。參考圖1，圖1顯示了用于通過任何已知方法制備用于基因轉(zhuǎn)化的種子或種子外植體的系統(tǒng)10。

系統(tǒng)10作為舉例被構(gòu)造為用于制備大豆種子(以下稱為種子12)，作為轉(zhuǎn)基因方案和轉(zhuǎn)基因大豆產(chǎn)品開發(fā)的一部分。示例性轉(zhuǎn)基因方案描述于標(biāo)題為“improvedsoybeantransformationforefficientandhigh-throughputtransgeniceventproduction”的美國專利申請(qǐng)第14/133370號(hào)以及標(biāo)題為“improvedsoybeantransformationforefficientandhigh-throughputtransgeniceventproduction”的美國專利申請(qǐng)第14/134883中，該兩個(gè)申請(qǐng)通過引用明確地并入本文。應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的任何裝置和方法可以結(jié)合這些申請(qǐng)中公開的轉(zhuǎn)化方法來使用。還應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施例中，本文所述的任何裝置和方法可以被構(gòu)造用于與適于轉(zhuǎn)化技術(shù)的其它類型的植物一起使用，包括單子葉植物和雙子葉植物。

系統(tǒng)10包括多個(gè)處理站14和一對(duì)機(jī)械臂16，機(jī)械臂16使種子12在處理站14之間移動(dòng)。在作為舉例的實(shí)施例中，每個(gè)機(jī)械臂16都是epsonc3型六軸關(guān)節(jié)臂，每個(gè)機(jī)械臂都被構(gòu)造為獨(dú)立于另一個(gè)機(jī)械臂操作。在其它實(shí)施例中，機(jī)械臂16可具有與本文描述的情形不同的自由度數(shù)。例如，機(jī)械臂16可以實(shí)施為至少具有獨(dú)立軸的機(jī)械臂。每個(gè)臂16包括構(gòu)造成捕捉并保持種子12的抓取器18。系統(tǒng)10可以在其中一個(gè)臂16停止工作時(shí)操作。應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施例中，系統(tǒng)可以僅包括用以在處理站14之間移動(dòng)種子12的單個(gè)機(jī)械臂16。另外，在作為舉例的實(shí)施例中，每個(gè)機(jī)械臂16能夠使相應(yīng)的抓取器18圍繞其軸旋轉(zhuǎn)至少180度。

如圖2所示，處理站14和機(jī)械臂16布置在工作臺(tái)20上。處理站14包括位于工作臺(tái)20前部的靠泊部22?？坎床?2包括：一對(duì)輸送區(qū)域24，種子12可以由系統(tǒng)10定位在輸送區(qū)域24中用于進(jìn)行處理；和一對(duì)接收區(qū)域26，種子12可以由系統(tǒng)10在處理之后定位在接收區(qū)域26中。站14還包括可進(jìn)行操作用以拍攝種子12的多個(gè)圖像的成像站28。系統(tǒng)10還包括切割站30，切割站30可進(jìn)行操作以基于由站28拍攝的圖像切割每個(gè)種子12。系統(tǒng)10還包括：消毒裝置32，其構(gòu)造為對(duì)每個(gè)抓取器18進(jìn)行消毒；以及箱或托盤34，其接收用于與切割站30一起使用的切割刀片。

在使用中，系統(tǒng)10可以被操作以自動(dòng)切割用于轉(zhuǎn)化的多個(gè)大豆種子12。為此，系統(tǒng)10可以確定種子12中的一個(gè)在板36上的位置，板36位于靠泊部22的一個(gè)輸送區(qū)域24上。系統(tǒng)10然后可以操作最接近板36的機(jī)械臂16，用抓取器18捕捉所選擇的種子12，并且將種子12移動(dòng)到成像站28。在采集了種子12的一系列圖像之后，臂16可以使種子12前進(jìn)到切割站30，使得可以對(duì)轉(zhuǎn)化所用的種子12進(jìn)行一次以上的切割，以使種子準(zhǔn)備用于轉(zhuǎn)化。在種子12被切割之后，臂16可以將種子12移動(dòng)到位于靠泊部22的接收區(qū)域26之一上的另一個(gè)板38上。然后，用戶可以移除包括被切割的種子的板38，以根據(jù)轉(zhuǎn)基因方案進(jìn)一步處理種子。下面參考圖3-59更詳細(xì)地描述系統(tǒng)10的這些處理步驟和各種組件中的每一個(gè)。

現(xiàn)在參考圖3，其中更詳細(xì)地示出了靠泊部22的一部分和輸送區(qū)域24中的一個(gè)。在作為舉例的實(shí)施例中，另一個(gè)輸送區(qū)域24與圖3所示的輸送區(qū)域相同。輸送區(qū)域24包括圓形底座40，該圓形底座40位于限定在靠泊部22的板46中的開口中。底座40的尺寸定為接收板36中的一個(gè)，并且由諸如玻璃、有機(jī)玻璃或丙烯酸樹脂等透明材料構(gòu)成。底座40從頂表面42延伸到位于板46下方的底表面(未示出)。因?yàn)榈鬃?0是透明的，所以擱置在底座40的頂表面42上的物體能夠通過底表面(即，從板46下方)看見。發(fā)光二極管(led)面板50聯(lián)接到板46的底部并且構(gòu)造成通過透明底座40照亮擱置在底座的頂表面42上的物體。在作為舉例的實(shí)施例中，led面板發(fā)射紅光，該紅光被充分漫射，以使反射最小化，并且該紅光具有可變強(qiáng)度，強(qiáng)度可以由電子控制器400(參見圖14)控制，如下面更詳細(xì)描述的。

每個(gè)種子承載板36中限定有用于接收種子12的箱體44?？坎床?2包括圍繞圓形底座40的多個(gè)柱或引導(dǎo)銷48。如圖3所示，銷48從板46向上延伸，并且被設(shè)計(jì)成將板36支撐和/或固定在底座40上。在其它實(shí)施例中，靠泊部22可以包括用以在底座40上引導(dǎo)、支撐和/或固定板36的其它支撐結(jié)構(gòu)。

如上所述，系統(tǒng)10被構(gòu)造為當(dāng)板36位于輸送區(qū)域24上時(shí)，或者更具體地說，當(dāng)板36位于底座40上時(shí)，確定種子12在板36上的位置。在作為舉例的實(shí)施例中，如圖1所示，相機(jī)52位于輸送區(qū)域24上方。相機(jī)52電聯(lián)接到電子控制器400(見圖14)，并且可進(jìn)行操作以拍攝板36和種子12的圖像。如下面更詳細(xì)描述的，圖像被發(fā)送到控制器400以確定種子12在板36上的相對(duì)位置和方向，使得系統(tǒng)10可以將機(jī)械臂16引導(dǎo)到種子進(jìn)行處理。相機(jī)52可以被實(shí)現(xiàn)為適于拍攝圖像的任何設(shè)備，諸如靜態(tài)相機(jī)、攝像機(jī)或能夠拍攝視頻和/或圖像的其它設(shè)備。此外，應(yīng)當(dāng)理解，由相機(jī)拍攝的圖像可以被描述為相機(jī)視場中的場景(例如，前景物體和背景)到垂直于相機(jī)光軸的平面上的投影。

返回圖2，靠泊部22還包括一對(duì)接收區(qū)域26，種子12可以由系統(tǒng)10在處理之后定位在接收區(qū)域26中。類似于輸送區(qū)域24，每個(gè)接收區(qū)域26包括多個(gè)柱或引導(dǎo)銷，這些柱或引導(dǎo)銷限定了尺寸可以接收板38之一的區(qū)域。每個(gè)銷48從板46向上延伸，并且這些銷48協(xié)作以將板38支撐和/或固定在接收區(qū)域26中。

如上所述，系統(tǒng)10還包括成像站28，成像站28可進(jìn)行操作以拍攝種子12的多個(gè)圖像，該多個(gè)圖像用于為每個(gè)種子12確定切割平面?，F(xiàn)在參考圖4-5，成像站28包括光亮穹頂54和固定到工作臺(tái)20的兩個(gè)相機(jī)56、58。相機(jī)56、58電聯(lián)接到電子控制器400(參見圖14)，并且可進(jìn)行操作以拍攝穹頂54的內(nèi)腔室62的圖像。在作為舉例的實(shí)施例中，光亮穹頂54是由佛蒙特州的advancedilluminationofrochester制造的八英寸直徑的白色led頂燈。光亮穹頂54包括限定碗狀腔室62的凹形內(nèi)壁60以及允許進(jìn)入腔室62的圓形開口64。

如圖5所示，穹頂54還包括多個(gè)led78，這些led聯(lián)接到壁60用以在操作期間照亮腔室62。在作為舉例的實(shí)施例中，led78形成為由大約20個(gè)led形成的環(huán)，這些led被充分漫射以防止反射到穹頂54內(nèi)的物體上，并且可以由控制器400控制以改變從led78發(fā)射的光的強(qiáng)度。該環(huán)圍繞穹頂54的上部內(nèi)邊緣安裝。應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施例中，可以使用其它光源。

穹頂54包括凸形外壁66和從壁66向下延伸到工作臺(tái)20的多個(gè)腿68。穹頂54具有在凸形外壁66的頂點(diǎn)處延伸穿過壁60、66的下開口70。在作為舉例的實(shí)施例中，中心軸線72延伸穿過上開口64和下開口70的中心。另一開口74在穹頂54的面向相機(jī)56的一側(cè)上延伸穿過壁60、66。開口74具有正交于中心軸線72延伸的縱向軸線76。

相機(jī)56、58中的每一個(gè)可以被實(shí)現(xiàn)為適于拍攝圖像的任何設(shè)備，諸如靜態(tài)相機(jī)、攝像機(jī)或能夠拍攝視頻和/或圖像的其它設(shè)備。像機(jī)56、58分別包括與穹頂54的開口70、74對(duì)準(zhǔn)的光軸80、82。在作為舉例的實(shí)施例中，光軸80、82彼此平行且垂直于穹頂51的中心軸線72。如圖4-5所示，開口74的縱向軸線76與相機(jī)58的軸線82重合。另外，在一些實(shí)施例中，相機(jī)56、58中的每一個(gè)可以包括鏡頭并且被定位成：在位于光亮穹頂54內(nèi)的種子12的拍攝圖像中，種子12在對(duì)應(yīng)相機(jī)56、58的視場的至少一半內(nèi)。

成像站28包括位于穹頂54的下開口70下方的有角度的反射鏡84。有角度的反射鏡84被構(gòu)造為將來自腔室62的光朝向相機(jī)56反射。在作為舉例的實(shí)施例中，反射鏡84的表面86相對(duì)于中心軸線72和相機(jī)56的光軸80中的每一個(gè)都成45度角。結(jié)果，來自腔室62的光沿著光軸80朝向相機(jī)56反射。應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施例中，可以省略反射鏡，相機(jī)56直接位于穹頂54下方。另外，在其它實(shí)施例中，相機(jī)58可以鄰近穹頂54的另一側(cè)放置。在另外的其它實(shí)施例中，可以省略相機(jī)56、58中的一個(gè)。

在作為舉例的實(shí)施例中，成像站28包括額外的部件，用以減少進(jìn)入穹頂54的雜散光的入射，因而改善在成像站28處執(zhí)行的成像質(zhì)量。例如，蓋90位于穹頂54的圓形開口上方，用以減少雜散光(例如，來自成像站28的環(huán)境)進(jìn)入穹頂54的機(jī)會(huì)。如圖5所示，穹頂54包括限定在穹頂54的邊沿94中的多個(gè)螺紋孔92。每個(gè)孔92的尺寸被定為用于接收相應(yīng)的緊固件96，以將蓋90固定到穹頂54。

蓋90包括固定到墊102的織物片100。墊102由高溫柔性硅墊形成。在作為舉例的實(shí)施例中，墊102是黑色的，這樣，其用作對(duì)比背景，以改善由相機(jī)56拍攝的圖像的質(zhì)量。應(yīng)當(dāng)理解，在其他實(shí)施例中，墊可以以另一對(duì)比顏色制成。在另外的其它實(shí)施例中，可以從成像站28中省略墊和/或蓋。如圖5所示，蓋90具有中央開口108，其允許機(jī)械臂16將種子12送進(jìn)到穹頂54中。

用于提高成像質(zhì)量的另一個(gè)部件是固定到穹頂54的擋光件106。如圖5所示，擋光件106位于穹頂54的腔室62內(nèi)。擋光件106像墊102一樣，被構(gòu)造為用作由相機(jī)58拍攝的種子12的圖像的對(duì)比背景。應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施例中，可以以另一種對(duì)比顏色制作擋光件。在另外的其它實(shí)施例中，可以從成像站28中省略擋光件。在另外的實(shí)施例中，除了光亮穹頂54之外或者替代于光亮穹頂54，成像站28可以包括用于拍攝種子12的圖像的環(huán)境，這個(gè)環(huán)境例如是另一個(gè)光亮的主體為中空的結(jié)構(gòu)、平面單色背景幕或一些其它合適的成像環(huán)境。

如上所述，系統(tǒng)10還包括切割站30，切割站30可進(jìn)行操作以基于由站28拍攝的圖像切割每個(gè)種子12?，F(xiàn)在參考圖6，切割站30包括平臺(tái)110和切割裝置112，切割裝置112可進(jìn)行操作以在平臺(tái)110上切割種子12。平臺(tái)110包括從工作臺(tái)20向上延伸的支座114和固定到支座114的上端118的種子切割單元116。支座114由例如不銹鋼或鋁等金屬材料形成。在作為舉例的實(shí)施例中，切割單元116由諸如不銹鋼等磁性金屬材料形成。應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施例中，支座和/或切割單元可以由其它剛性材料形成，例如塑料、特氟隆或陶瓷。

如圖7所示，切割單元116被構(gòu)造為從支座114移除以用于消毒或修復(fù)。在作為舉例的實(shí)施例中，支座114包括位于上端118附近的永磁體120。當(dāng)切割單元116被放置在支座114上時(shí)，磁體120施加力以將切割單元116保持在支座114上。應(yīng)當(dāng)理解，不需要磁體來將塊116保持在支座114上。在作為舉例的實(shí)施例中，支座114的構(gòu)造足以將塊116保持在其上。

在作為舉例的實(shí)施例中，切割單元116具有主體122和從主體122向外延伸的凸緣124。主體122的下端126具有基本平坦的底表面128，并且主體122具有基本平坦的頂表面130。一對(duì)有角度的表面132、134從底表面128向上延伸。有角度的表面132連接到垂直于頂表面130延伸的背表面136。如圖7所示，有角度的表面132和背表面136中限定有槽口138。

如圖7所示，凹槽140限定在支座114的上端118中，并且凹槽140被構(gòu)造成接收單元主體122的下端126。在作為舉例的實(shí)施例中，凹槽140由基本平坦的表面142和從表面142向上延伸的一對(duì)有角度的表面144、146限定。以這種方式，凹槽140的構(gòu)造基本上匹配單元主體122的下端126的構(gòu)造。

支座114還包括后壁148，當(dāng)塊116位于凹槽140中時(shí)，后壁148面向切割單元116的背表面136。對(duì)準(zhǔn)銷150從后壁148向外延伸。對(duì)準(zhǔn)銷150的尺寸被定為用于被接收在限定在塊116中的槽口138中，以確保切割單元116被正確地定位在支座114上。

如圖7-8所示，切割單元116的凸緣124從主體122向外延伸到前壁154。凸緣124包括基本平坦的上壁156和位置與上壁156相對(duì)的基本上平坦的下壁158。上壁156的尺寸被定為用于接收大豆種子12。應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施例中，可以根據(jù)待切割的種子的尺寸來調(diào)整上壁156的尺寸。

在前壁154中限定有開口160。多個(gè)內(nèi)壁162從凸緣124的前壁154向內(nèi)延伸以限定穿過壁156、158中每一個(gè)的槽口164。如圖8所示，槽口164在凸緣124中居中，并且延伸到位于凸緣124的后邊緣174和前壁154之間的背邊緣166。如下面更詳細(xì)描述的，槽口164的尺寸被定為用于在切割刀片170豎向旋轉(zhuǎn)時(shí)接收刀片。

如圖9所示，單元主體122具有基本上平坦的側(cè)壁172，側(cè)壁172從凸緣124的后邊緣174向上延伸到上邊緣176。在作為舉例的實(shí)施例中，側(cè)壁172正交于上壁156延伸。另一側(cè)壁178連接到側(cè)壁172的上邊緣176。側(cè)壁178相對(duì)于壁156、172傾斜地延伸到與單元116的頂表面130相連的頂邊緣180。

回到圖6，切割站30還包括切割裝置112，切割裝置112可進(jìn)行操作以在平臺(tái)110上切割種子12。切割裝置112包括被構(gòu)造成接收切割刀片170的支撐臂190和被構(gòu)造成在切割操作期間移動(dòng)切割刀片170的驅(qū)動(dòng)組件192。驅(qū)動(dòng)組件192包括固定到工作臺(tái)20的驅(qū)動(dòng)級(jí)194。驅(qū)動(dòng)級(jí)194包括下主體196和上主體198，上主體198被構(gòu)造成在圖6中箭頭200所示的方向上相對(duì)于下主體196滑動(dòng)。驅(qū)動(dòng)級(jí)194包括線性驅(qū)動(dòng)電馬達(dá)(未示出)，該電馬達(dá)電連接到控制器400并且可進(jìn)行操作以使上主體198相對(duì)于下主體196移動(dòng)。在作為舉例的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)級(jí)194是aerotech型號(hào)ant95-50-l，具有大約50毫米的行程。

切割裝置112的驅(qū)動(dòng)組件192包括隨同驅(qū)動(dòng)級(jí)194行進(jìn)的中間驅(qū)動(dòng)級(jí)210。中間驅(qū)動(dòng)級(jí)210包括與驅(qū)動(dòng)級(jí)194的上主體198連接的底座212。驅(qū)動(dòng)級(jí)210還包括可移動(dòng)地聯(lián)接到底座212的平臺(tái)214。在作為舉例的實(shí)施例中，平臺(tái)214被構(gòu)造成在圖6中箭頭216所示的方向上豎向移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)級(jí)210還包括線性驅(qū)動(dòng)電馬達(dá)(未示出)，該電馬達(dá)電連接到控制器400并且可進(jìn)行操作以使平臺(tái)214相對(duì)于底座212移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)級(jí)210作為舉例被實(shí)施為aerotech型號(hào)ant95-3-v，其具有大約3毫米的行程。

如圖6所示，驅(qū)動(dòng)組件192包括與其它級(jí)194、210一起行進(jìn)的旋轉(zhuǎn)級(jí)220。旋轉(zhuǎn)級(jí)220包括與驅(qū)動(dòng)級(jí)210的平臺(tái)214連接的主體222。旋轉(zhuǎn)級(jí)220還包括樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接到主體222的安裝軸224。軸線226由安裝軸224限定，并且軸224被構(gòu)造成在由箭頭228指示的方向上繞軸線226旋轉(zhuǎn)。在作為舉例的實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)級(jí)220連接到壓縮空氣源230，這個(gè)壓縮空氣源例如是壓縮機(jī)。源230電連接到控制器400。當(dāng)由控制器400操作時(shí)，源230可以使壓縮空氣前進(jìn)到級(jí)220，使得軸224圍繞軸線226被氣動(dòng)地驅(qū)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)級(jí)220作為舉例實(shí)施為emiplasticsequipmentswivelingrotary，rt25型。

切割裝置112的支撐臂190固定到旋轉(zhuǎn)級(jí)220。如圖6所示，支撐臂190包括細(xì)長主體240，細(xì)長主體240的端部242固定到級(jí)220的安裝軸224。支撐臂190還包括固定到主體240的相對(duì)端248的一對(duì)爪244、246。在作為舉例的實(shí)施例中，爪244、246中的每一個(gè)具有端部250，端部250容納在限定在細(xì)長主體240中的通道252中。通道252限定縱向軸線254，并且爪244、246被構(gòu)造成沿著通道252朝向彼此和遠(yuǎn)離彼此移動(dòng)。以這種方式，爪244、246可以打開或閉合。在作為舉例的實(shí)施例中，支撐臂190連接到壓縮空氣的源256。源256電連接到控制器400。當(dāng)由控制器400操作時(shí)，源256可以使壓縮空氣前進(jìn)到支撐臂190，使得爪244、246沿著通道252被氣動(dòng)地驅(qū)動(dòng)。支撐臂190作為舉例實(shí)施為smcmhz2-20c1-m9pz夾具。

爪244、246被構(gòu)造成接收切割刀片170。現(xiàn)在參見圖10-11，每個(gè)切割刀片包括主體260和延伸了主體260的長度的切削刃262。當(dāng)切割刀片170固定到爪244、246時(shí)，切削刃262偏離旋轉(zhuǎn)軸線226。主體260還包括一對(duì)長形安裝孔264，該一對(duì)長形安裝孔264由爪244、246進(jìn)行接合以將切割刀片170固定到裝置112。切割刀片170作為舉例由諸如鋼等金屬材料形成。

爪244、246中的每一個(gè)從端部250延伸到末端270。爪244、246中的每一個(gè)包括沿著末端270的內(nèi)邊緣274設(shè)置的內(nèi)突出片272。每個(gè)突出片272的尺寸被定為用于放置在切割刀片170的孔264之一中。在作為舉例的實(shí)施例中，爪244、246中的每一個(gè)還包括形成在每個(gè)突出片272的根部處的槽口276(見圖10b)。在作為舉例的實(shí)施例中，每個(gè)槽口被構(gòu)造為卡住刀片并保持其水平。如圖11a和11b所示，當(dāng)爪244、246移動(dòng)分開時(shí)，使刀片170前進(jìn)到槽口276中，從而將刀片固定到爪244、246。爪244、246中的每一個(gè)還包括沿著末端270的外邊緣280設(shè)置的外突出片278。外突出片278包括斜邊緣282，斜邊緣282用來在刀片170插入到爪244、246上時(shí)輔助刀片170的對(duì)準(zhǔn)。

如圖11a所示，支撐臂190的細(xì)長主體240具有縱向軸線284。在作為舉例的實(shí)施例中，當(dāng)固定到爪244、246時(shí)，切割刀片170偏離軸線284。在操作期間，切割刀片170偏離軸線284減低了切割刀片170在切割大豆種子時(shí)接觸機(jī)械臂的風(fēng)險(xiǎn)。

現(xiàn)在參考圖12，用于存放未使用的切割刀片170的托盤34位于機(jī)械臂16之間。托盤34包括位于光源304上方的容器302。容器302作為舉例由透明材料形成，這種透明材料例如為有機(jī)玻璃。容器302包括底壁306和從底壁306向上延伸的多個(gè)側(cè)壁308。壁306、308協(xié)作以限定腔室310，腔室310的尺寸被定為用于接收未使用的切割刀片170。

在作為舉例的實(shí)施例中，托盤34的光源304位于底壁306下方。光源304可進(jìn)行操作以將光通過底壁306投射到腔室310中。光源304作為舉例實(shí)施為紅色發(fā)光二極管(led)。應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施例中，可以使用其它彩色led。在另外的其它實(shí)施例中，可以使用其它光源。

系統(tǒng)10包括安裝在托盤34上方的托盤相機(jī)312。相機(jī)312可進(jìn)行操作以拍攝腔室310的內(nèi)容物的圖像。相機(jī)312電聯(lián)接到電子控制器400(參見圖14)。如下面更詳細(xì)地描述的，圖像可以被發(fā)送到控制器400以確定刀片170在托盤34中的相對(duì)位置和方向，使得系統(tǒng)10可以將機(jī)械臂16引導(dǎo)到刀片170進(jìn)行取回。

現(xiàn)在參考圖13，系統(tǒng)10的每個(gè)機(jī)械臂16包括被構(gòu)造成捕捉和保持大豆種子12的抓取組件320。在作為舉例的實(shí)施例中，抓取組件320包括主體322，主體322附接到每個(gè)臂16的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)段324。抓取組件320還包括將主體322連接到抓取器18的懸掛機(jī)構(gòu)326。主體322具有固定到遠(yuǎn)側(cè)臂區(qū)段324的近側(cè)盤328和從盤328延伸到遠(yuǎn)側(cè)盤332的多個(gè)柱330。

懸掛機(jī)構(gòu)326從固定到盤332的近端334延伸到遠(yuǎn)端336。如圖13所示，抓取器18被固定到懸掛機(jī)構(gòu)326的遠(yuǎn)端336。懸掛機(jī)構(gòu)326被構(gòu)造成允許抓取器18有一些軸向移動(dòng)，如箭頭338、340所示，使得抓取器18可前進(jìn)成與大豆種子12接觸而不壓碎種子。在作為舉例的實(shí)施例中，懸掛機(jī)構(gòu)326包括致偏元件，這種致偏元件例如為螺旋彈簧342，致使抓取器18沿箭頭340所示的方向向外偏。

組件320的抓取器18被構(gòu)造成捕捉并保持種子12。在作為舉例的實(shí)施例中，抓取器18包括固定到懸掛機(jī)構(gòu)326的遠(yuǎn)端336的圓柱形主體350。主體350由彈性體材料形成，這種彈性體材料例如為viton，其可從dupontcorporation商購獲得。應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施例中，可以使用其它彈性體材料。主體350包括波紋管，波紋管為主體350提供了有限的柔性。主體350還具有高的溫度額定值，以允許對(duì)抓取器18的消毒。在作為舉例的實(shí)施例中，溫度額定值為446華氏度。應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施例中，可以使用其它彈性體材料。

抓取組件320被構(gòu)造成通過真空捕捉并保持種子12。為此，抓取器18包括沿著軸線358縱向延伸穿過主體350的中空通路352。通路352連接到限定在抓取組件320的懸掛機(jī)構(gòu)326和主體322中的通路354，以及連接到負(fù)壓力源356。負(fù)壓力源356作為舉例實(shí)施為泵并且電聯(lián)接到控制器400?？刂破?00可操作源356以通過通路352、354抽吸真空，因此將種子12固定到抓取器18。在作為舉例的實(shí)施例中，抓取器18的半徑小于種子12的平均長度的百分之五十，其可以根據(jù)例如種子12的具體品種而變化。

如圖13所示，抓取組件320還包括固定到主體350的輔助蓋360。輔助蓋360設(shè)計(jì)成在對(duì)種子12成像期間防止雜散光進(jìn)入光亮穹頂54。蓋360包括由黑色泡沫材料形成的底部墊362和由黑色氈形成的頂部墊364。在作為舉例的實(shí)施例中，蓋360經(jīng)由粘合劑固定到遠(yuǎn)側(cè)盤332。應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施例中，蓋360可以用諸如螺釘或螺栓等緊固件固定。蓋360具有大約3.5英寸的直徑，其足以封閉穹頂54的蓋90的中央開口108。

現(xiàn)在參考圖14，系統(tǒng)10包括電子控制器400?？刂破?00實(shí)質(zhì)上是主計(jì)算機(jī)，其負(fù)責(zé)解析由與系統(tǒng)10相關(guān)聯(lián)的傳感器發(fā)送的電信號(hào)，并且用于啟動(dòng)或激勵(lì)與系統(tǒng)10相關(guān)聯(lián)的電子控制部件。例如，電子控制器400被構(gòu)造為控制相機(jī)52、56、58、312，頂燈78，機(jī)械臂16、驅(qū)動(dòng)級(jí)194、210等的操作。盡管電子控制器400在圖14中被示出為單個(gè)單元，但是控制器400可以包括用于各種部件的多個(gè)單獨(dú)的控制器以及從/向各個(gè)單獨(dú)的控制器接收/發(fā)送信號(hào)的中央計(jì)算機(jī)。電子控制器400還確定系統(tǒng)10的各種操作何時(shí)應(yīng)當(dāng)執(zhí)行。如下面將更詳細(xì)描述的，電子控制器400可進(jìn)行操作以控制系統(tǒng)10的部件，使得系統(tǒng)10選擇并處理在轉(zhuǎn)基因方案中使用的大豆種子12。

為此，電子控制器400包括通常與在機(jī)電系統(tǒng)的控制中使用的電子單元相關(guān)聯(lián)的多個(gè)電子部件。例如，電子控制器400可以包括：處理器，諸如微處理器402；和存儲(chǔ)器器件404，諸如包括可擦除prom(eprom或eeprom)的可編程只讀存儲(chǔ)器器件(“prom”)，還有其他的通常包括在這些設(shè)備中的部件。提供存儲(chǔ)器器件404以存儲(chǔ)例如軟件例程(或多個(gè)例程)形式的指令，這些例程當(dāng)由微處理器402執(zhí)行時(shí)，允許電子控制器400控制系統(tǒng)10的操作，還可以存儲(chǔ)其他東西。

電子控制器400還包括模擬接口電路406。模擬接口電路406將來自各種部件的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于呈現(xiàn)給微處理器402的輸入端的信號(hào)。特別是，模擬接口電路406，通過使用模數(shù)(a/d)轉(zhuǎn)換器(未示出)等，將由傳感器產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成供微處理器402使用的數(shù)字信號(hào)。應(yīng)當(dāng)理解，a/d轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)為分立器件或多個(gè)器件，或者可以集成到微處理器402中。還應(yīng)當(dāng)理解，如果與系統(tǒng)10相關(guān)聯(lián)的任何一個(gè)以上傳感器產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)，則模擬接口電路406可以被忽略。

類似地，模擬接口電路406將來自微處理器402的信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合于呈現(xiàn)給與系統(tǒng)10相關(guān)聯(lián)的電子控制部件(例如，機(jī)械臂16)的輸出信號(hào)。特別是，模擬接口電路406通過使用數(shù)-模(d/a)轉(zhuǎn)換器(未示出)等將由微處理器402產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，供與系統(tǒng)10相關(guān)聯(lián)的電子控制部件使用。應(yīng)當(dāng)理解，與上述a/d轉(zhuǎn)換器類似，d/a轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)為分立器件或多個(gè)器件，或者可以集成到微處理器402中。還應(yīng)當(dāng)理解，如果與系統(tǒng)10相關(guān)聯(lián)的任何一個(gè)以上電子控制部件基于數(shù)字輸入信號(hào)操作，則可以忽略模擬接口電路406。

因此，電子控制器400可以操作以控制系統(tǒng)10的操作。特別是，電子控制器400執(zhí)行包括控制方案的例程，還可執(zhí)行其他的內(nèi)容。在該控制方案中，電子控制器400監(jiān)測與系統(tǒng)10相關(guān)聯(lián)的傳感器的輸出并且控制對(duì)于系統(tǒng)10的電子控制部件的輸入。為此，電子控制器400連續(xù)地或間歇地執(zhí)行大量計(jì)算，包括在預(yù)編程的表中查找值，以便執(zhí)行若干算法，這些算法用以執(zhí)行諸如以下功能：給機(jī)械臂16供能，啟動(dòng)相機(jī)52、56、58、312，給驅(qū)動(dòng)級(jí)194、210供能，改變led78和led面板50的光強(qiáng)度以改善圖像對(duì)比度，等等。

在操作中，系統(tǒng)10可以根據(jù)圖15-19中概述的示例性程序操作，用以自動(dòng)選擇和處理在轉(zhuǎn)基因方案使用的的大豆種子12。例如，可以通過沿種臍分開種子12的子葉以分離子葉來對(duì)大豆進(jìn)行準(zhǔn)備。在轉(zhuǎn)化前，去除胚軸的一部分，留下胚軸的附接到子葉的部分。可以通過用切割裝置112修剪胚軸來進(jìn)行胚軸的去除。通常，留下1/3至1/2的胚軸附接在子葉的節(jié)點(diǎn)端處。

如圖20-29所示，系統(tǒng)10在預(yù)備步驟中對(duì)機(jī)械臂16的抓取器18進(jìn)行滅菌，選擇用于切割站30的切割刀片170，并且拍攝位于輸送區(qū)域24中的種子12的圖像。然后，系統(tǒng)10操作機(jī)械臂16中的一個(gè)，以從輸送區(qū)域24中的一個(gè)拾取種子12，并且將種子12送進(jìn)到成像站28，如圖27-31所示。在種子12被送進(jìn)到切割站30之前，可以由成像站28拍攝多個(gè)圖像，如圖32-55所示。如圖56-59所示，切割站30可以被操作以對(duì)種子12進(jìn)行一次或更多次切割，以使種子12準(zhǔn)備好用于轉(zhuǎn)化。然后可以將切割的種子送進(jìn)到接收區(qū)域26中的一個(gè)。然后，用戶可以從系統(tǒng)10中移出種子用于進(jìn)一步處理。然后，系統(tǒng)10可以在拾取和處理另一種子12之前進(jìn)行多次清潔和維護(hù)任務(wù)。

如圖60-62所示，大豆種子12包括被包封在種皮416中的一對(duì)子葉412、414。大豆種子12具有縱向軸線418，縱向軸線418是沿著大豆種子12的最大尺寸限定的，并且延伸穿過大豆種子12的相對(duì)的縱向端420、422。如圖60所示，軸線418在子葉412、414之間延伸。

大豆種子12還包括位于大豆種子12的端420、422之間的種臍424。在作為舉例的實(shí)施例中，種臍424包括位于種皮416外側(cè)的外部部分426和位于種皮416下面的內(nèi)部部分428。

如圖60-61所示，種臍424在背脊處位于子葉412、414上方。種臍424的外部部分426位于大豆種子12的背脊側(cè)430上。種臍424也可以從大豆種子12的側(cè)面432(參見圖61)或內(nèi)側(cè)434(參見圖5)觀察到。如圖61所示，種臍424具有平行于種子12的總體縱向軸線418延伸的縱向軸線436。如圖60所示，縱向軸線436位于與種子12的軸線418共同的平面438中。

大豆種子12的胚軸440將子葉412連接到子葉414。胚軸440由子葉412、414包裹在種皮416中。如圖60所示，胚軸440，如同種臍424一樣，居中位于大豆種子12的縱向軸線418上。如圖62所示，胚軸440從位于種臍424的內(nèi)部部分428上方的末端442延伸到位于種子12的縱向端420附近的根部444。應(yīng)該理解，在其它實(shí)施例中，胚軸440可以不與種臍424重疊，因此，胚軸末端442與種臍的內(nèi)部部分428是分開的。

參考圖62，其中更詳細(xì)地顯示了大豆種子12的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。種皮416包括包圍子葉412、414和胚軸440的薄的外層450。種臍424的內(nèi)部部分428附接到層450的下側(cè)，而種臍424的外部部分426連接到外層450的邊緣452。胚軸440圍繞種子12的外圓周的一部分從其末端442延伸到位于種子端420的其根部444。

現(xiàn)在參考圖15-16，其中顯示了用于利用系統(tǒng)10制備轉(zhuǎn)化用大豆種子12的作為舉例的操作過程1000。應(yīng)當(dāng)理解，在過程1000開始之前，控制器400可以校準(zhǔn)系統(tǒng)10，向用戶提供消息，檢索用戶輸入，初始化安全機(jī)制(例如光幕)以及執(zhí)行其它設(shè)置功能。例如，如果還沒有完成，則控制器400可以使用任何合適的方案來校準(zhǔn)系統(tǒng)10，以將機(jī)械臂16的坐標(biāo)系映射或以其它方式關(guān)聯(lián)到各個(gè)相機(jī)52、56、58、312的坐標(biāo)系，使得拍攝在圖像中的物體的位置可以被轉(zhuǎn)換成該物體相對(duì)于臂16的位置。此外，控制器400可以在顯示器460上向用戶提供設(shè)置指令(例如，將板36放置在輸送區(qū)域24上)，經(jīng)由用戶輸入裝置462檢索用戶的輸入(例如，種子12的胚節(jié)點(diǎn)的期望修剪深度，種子12的剖分深度等)。用戶輸入裝置462可以實(shí)現(xiàn)為諸如鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏和/或被構(gòu)造為執(zhí)行本文功能的其它輸入裝置等任何集成裝置或外圍裝置。

在框1002中，系統(tǒng)10對(duì)機(jī)械臂16的抓取器18進(jìn)行消毒。為此，控制器400操作每個(gè)機(jī)械臂16以將其相應(yīng)的抓取器18插入填充有乙醇或另一合適的消毒溶液的容器中。該溶液作為舉例包含70％的乙醇?？梢圆僮鳈C(jī)械臂16以使抓取器18在乙醇內(nèi)上下左右移動(dòng)一段時(shí)間，之后將抓取器18送進(jìn)到消毒器32中，如圖20所示。在作為舉例的實(shí)施例中，每個(gè)消毒器32是干玻璃珠滅菌器，這種滅菌器可以例如是inotechbiosciencesteri250。在作為舉例的實(shí)施例中，可再次操作機(jī)械臂16以使抓取器18在滅菌器32內(nèi)上下移動(dòng)幾秒鐘。臂16然后可以從滅菌器32中抽出抓取器18，允許抓取器18冷卻。

由于由消毒器32產(chǎn)生的熱量，抓取器18的波紋管可能變?yōu)檎吃谝黄穑瑥亩赡軗p及抓取器18的性能。為了分離波紋管，機(jī)械臂16然后可以移動(dòng)抓取器18與平坦的無菌表面(例如切割單元116的頂表面130)接觸，如圖21所示。然后控制器400可以啟動(dòng)負(fù)壓力源356，以將抓取器18密封到切割單元116。如圖22-23所示，抓取器18以1mm的增量離開切割單元116，直到抽吸被中斷。

回到圖15，過程1000然后可前進(jìn)到框1004。在框1004中，選擇并從托盤34取回切割刀片170。為此，控制器400操作相機(jī)312以拍攝刀片170在托盤34中的圖像。圖24中示出了一個(gè)這樣的圖像500。如圖24-25所示，刀片170可以相對(duì)于彼此以任意位置和方向位于托盤34內(nèi)。控制器400可以處理拍攝的圖像500以識(shí)別刀片170中的一個(gè)在托盤34中的位置516，該位置516可以由如圖25所示的分析圖像518反映。

例如，在作為舉例的實(shí)施例中，控制器400利用與epsonc3型六軸關(guān)節(jié)臂一起包括的軟件包中的幾何物體識(shí)別功能。特別是，將由用戶加載并存儲(chǔ)在控制器400的存儲(chǔ)器器件404中的刀片基準(zhǔn)圖像(未示出)與刀片170的拍攝圖像500進(jìn)行比較，以識(shí)別匹配502。幾何物體識(shí)別功能采用的算法方法，通過使用基于邊緣的幾何特征來識(shí)別與基準(zhǔn)圖像(即，物體模型)的匹配。此外，幾何物體識(shí)別功能包括各種參數(shù)，例如要用于與另一圖像比較的基準(zhǔn)圖像和匹配502所需的接受水平或容忍水平。接受水平對(duì)應(yīng)于匹配502的似然性，并且可以不失一般性地在本文中被認(rèn)為是0和1之間的歸一化值。因此，如果接受水平被設(shè)置為0.5，則控制器400基于合適成像算法將僅識(shí)別出分析圖像中與基準(zhǔn)圖像的匹配502具有至少50％似然性的那些物體。在一個(gè)具體實(shí)施例中，接受水平可以對(duì)應(yīng)于必須在分析圖像的連續(xù)區(qū)域中被識(shí)別以構(gòu)成匹配502的基準(zhǔn)圖像的百分比。

在作為舉例的實(shí)施例中，控制器400使用匹配算法、刀片基準(zhǔn)圖像和0.4的歸一化接受水平(即，1000個(gè)中的400個(gè))來分析拍攝的圖像500，以確定托盤34上是否存在任何的刀片170。假定如果任何刀片170在托盤34上，即使刀片170重疊，這樣的接受水平應(yīng)當(dāng)返回托盤34上的那些刀片170的識(shí)別位置。因此，在另一個(gè)實(shí)施例中，可以使用不同的接受水平。如果沒有識(shí)別出刀片170，則控制器400確定沒有刀片170位于托盤34上并處理錯(cuò)誤。例如，控制器400可以經(jīng)由顯示器460指示系統(tǒng)10的用戶將另外的刀片170放置在托盤34上，或以其它方式補(bǔ)救錯(cuò)誤。

如果控制器400確定至少一個(gè)刀片170位于托盤34上，則控制器400再次分析拍攝圖像500，其中接受水平設(shè)置為更高閾值，例如0.95(即，1000個(gè)中的950個(gè))以識(shí)別不與托盤34上的另一個(gè)刀片170重疊的刀片170。如果識(shí)別出至少一個(gè)非重疊刀片170，則控制器400選擇該刀片170以供使用。然而，如果沒有識(shí)別出非重疊刀片170，則控制器400執(zhí)行方案以分離重疊的刀片170。

在這樣做時(shí)，控制器400識(shí)別與托盤34上的另一個(gè)刀片170重疊的刀片170的位置。例如，控制器400可以使用以0.4設(shè)置的歸一化接受水平識(shí)別的圖像位置(如果被保存了的話)，或類似地分析圖像500。當(dāng)已經(jīng)識(shí)別了刀片170組時(shí)，控制器400使用合適的成像算法(例如，通過檢測組的質(zhì)心)來確定該組的幾何中心，并指示相應(yīng)的機(jī)械臂16將抓取組件320移動(dòng)就位，在所識(shí)別的質(zhì)心處捕捉刀片170組。

為了從托盤34或板36捕捉物體，抓取組件320被置于物體的抓取位置或點(diǎn)504上方，使得抓取組件的中空通路352與點(diǎn)504大致共線。抓取組件320然后朝向物體向下行進(jìn)直到抓取器18與物體的外表面完全接觸。如上所述，懸掛機(jī)構(gòu)326操作以防止物體被壓碎，同時(shí)確保抓取器18與物體的表面充分接觸，以限制吸力的損失。然后可以啟動(dòng)負(fù)壓力源356以將物體固定到抓取器18。

類似地，如果沒有非重疊的刀片，則抓取組件320可以在所識(shí)別的質(zhì)心處抓取一組刀片170。控制器400然后可以操作臂16以使抓取組件320在托盤34的表面上方豎向地移動(dòng)短的距離(例如，一英寸)并且水平地移動(dòng)短的距離，但仍然在托盤34的周邊內(nèi)。控制器400然后可以停用負(fù)壓力源356以使刀片170組落回到托盤34上。將理解的是，這組內(nèi)的一個(gè)以上刀片170可能在運(yùn)送期間掉落?？刂破?00操作相機(jī)312以拍攝托盤34中的刀片170的另一圖像，并與上述情況類似地分析新圖像以識(shí)別非重疊刀片170。如果沒有識(shí)別到非重疊刀片170，則控制器400可以再次指示抓取組件320捕捉一組刀片170并使刀片170掉落在托盤34內(nèi)的另一個(gè)位置上?？刂破?00可以繼續(xù)重復(fù)該例程，直到非重疊刀片170被識(shí)別出來選擇使用。

在另一個(gè)實(shí)施例中，控制器400可實(shí)施用于分離重疊刀片170和識(shí)別特定刀片170供選擇的其它過程。此外，控制器400可以利用任何合適的圖像處理算法和技術(shù)來識(shí)別刀片170在托盤34中的位置。例如，控制器400可以利用特征檢測算法、技術(shù)和過濾器，例如加速魯棒特征(surf)、尺度不變特征變換(sift)、多尺度方向補(bǔ)丁(mops)、canny、圖像梯度算子和sobel濾波器，以識(shí)別圖像500和刀片基準(zhǔn)圖像中的特征(例如，諸如拐角、邊緣、斑點(diǎn)等的有關(guān)點(diǎn))。在一些實(shí)施例中，控制器400可以利用特征匹配算法，例如隨機(jī)樣本一致性(ransac)算法，來確定在圖像500和刀片基準(zhǔn)圖像中識(shí)別的任何特征是否彼此對(duì)應(yīng)，并且如果是，則確定那些特征的對(duì)應(yīng)位置。另外或作為替換方式，控制器400可利用圖像分割算法(例如，金字塔分割、分水嶺算法等)來識(shí)別圖像中的物體。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)特定實(shí)施例，控制器400可以在分析所拍攝的圖像期間利用上述算法中的任何一種或多種。

在控制器400已經(jīng)識(shí)別出刀片170之后，控制器400使用刀片特征，例如刀片170的安裝孔264，來確定刀片的切削刃262的位置?？刂破?00然后可以計(jì)算刀片170相對(duì)于抓取組件320的旋轉(zhuǎn)角度，并計(jì)算刀片上用于附接抓取器18的正確的位置點(diǎn)504。抓取組件320在點(diǎn)504處以類似于上述的方式捕捉刀片。

回到圖15，一旦抓取器18已經(jīng)拾取了刀片170，過程1000就前進(jìn)到框1006。在框1006中，控制器400操作機(jī)械臂16和切割裝置112，將切割刀片170固定到切割裝置112。為此，控制器400啟動(dòng)機(jī)械臂16，將切割刀片170移動(dòng)到切割站30并將切割刀片170置于切割裝置112的爪244、246上方。為了將切割刀片170置于爪244、246上，機(jī)械臂16可以以圓形運(yùn)動(dòng)移動(dòng)，使刀片170的長形安裝孔264與爪244、246的突出片272對(duì)準(zhǔn)。外突出片278的傾斜邊緣282幫助將刀片170引導(dǎo)到突出片272上。當(dāng)?shù)镀?70被置于突出片272上時(shí)，抓取器18向下移動(dòng)，使刀片170稍微偏轉(zhuǎn)。如圖26所示，控制器400然后可以操作爪244、246以將刀片170固定到切割裝置112。相機(jī)(未示出)可以用于拍攝位于切割裝置112上的刀片170的圖像，并且控制器400可以使用與上述技術(shù)類似的圖像處理技術(shù)來確認(rèn)刀片170正確地位于爪244、246上。

在刀片170被定位于爪244、246上的情況下，控制器400可以操作壓縮空氣源256，使爪244、246沿著細(xì)長主體240的通道252向外移動(dòng)。當(dāng)爪244、246被向外推送時(shí)，使切割刀片170的若干部分前進(jìn)到形成在突出片272的根部處的槽口276中，從而將切割刀片170固定到爪244、246?？刂破?00可以停用真空源356，以將切割刀片170從抓取器18釋放，并且操作機(jī)械臂16以將抓取器18移出切割站30。

返回到圖15，過程1000前進(jìn)到框1008，其中控制器400操作相機(jī)52，以拍攝在相應(yīng)輸送區(qū)域24中的板36上的種子12的圖像。圖27示出了一個(gè)這樣的圖像510。如圖27所示，類似于上面針對(duì)托盤34中的刀片170所進(jìn)行的描述，種子12可以在板36內(nèi)相對(duì)于彼此任意地放置。

在框1010中，控制器400可以處理拍攝的圖像510，以確定板36上供選擇的種子12中的一個(gè)的位置。為此，控制器400可以使用匹配算法(例如，上述幾何物體識(shí)別功能)用平放的種子12的基準(zhǔn)圖像512(如圖28所示)與拍攝的圖像510進(jìn)行比較，來分析拍攝的圖像510。在作為舉例的實(shí)施例中，控制器400假定系統(tǒng)10的用戶已經(jīng)以單層方式將每個(gè)種子12平放在板36內(nèi)。因此，存在檢測匹配522的高似然性。然而，在其它實(shí)施例中，控制器400可以不進(jìn)行這樣的假設(shè)；而是，控制器400可以例如確定哪些種子12(如果有的話)沒有適當(dāng)定向并且忽略那些種子12。系統(tǒng)10可以(例如，經(jīng)由顯示器460)生成警告或指示用戶補(bǔ)救該情況，或者以其它方式處理錯(cuò)誤。在其它實(shí)施例中，控制器400可以使用斑點(diǎn)檢測或其它圖像分析算法來確定種子12在板36上的位置。

在任何情況下，控制器400都確定一個(gè)以上種子12在板36上的位置520，該位置520可以由如圖29所示的分析圖像514反映。此外，在一些實(shí)施例中，控制器400確定板36上識(shí)別的種子12相對(duì)于基準(zhǔn)圖像512中描繪的種子12的旋轉(zhuǎn)角度。基于該信息，控制器400可以確定為了將固定的種子12以預(yù)定方向(例如，相對(duì)于機(jī)械臂16的坐標(biāo)系的零度角)放置在抓取器18上而需要旋轉(zhuǎn)抓取器18的量。通過這樣做，控制器400可以能夠如下所述地識(shí)別種子12的種臍和胚軸(即，胚胎軸)，并且節(jié)省了處理時(shí)間。

回到圖15，過程1000前進(jìn)到框1012。在框1012中，控制器400識(shí)別并選擇(例如，任意或根據(jù)算法)種子中的一個(gè)由系統(tǒng)10進(jìn)行修剪和剖分。在作為舉例的實(shí)施例中，控制器400識(shí)別所選種子12的質(zhì)心，并將其用作附接抓取器18的點(diǎn)504，如圖30所示。在框1014中，抓取組件320在所選種子12的質(zhì)心處抓取所選種子12。為此，抓取組件320被定位于質(zhì)心(即，點(diǎn)504)的上方，使得抓取組件的中空通路352與點(diǎn)504大致共線。然后，抓取組件320朝向所選種子向下行進(jìn)，直到抓取器18與種子的外表面完全接觸。如上，懸掛機(jī)構(gòu)326操作以防止種子被壓碎，同時(shí)確保抓取器18與種子的表面充分接觸，以限制吸力的損失。然后可以啟動(dòng)負(fù)壓力源356，將種子固定到抓取器18上。過程1000然后可以前進(jìn)到框1016，在框1016中，機(jī)械臂16將被抓取的種子12移動(dòng)通過蓋90中的中央開口108并進(jìn)入光亮穹頂54的腔室62中，如圖31所示。在作為舉例的實(shí)施例中，被抓取的種子12被置于腔室62內(nèi)，在位于每個(gè)相機(jī)56、58的視場內(nèi)的位置處(例如，光軸80、82的交點(diǎn))。例如，在一些實(shí)施例中，被抓取的種子12至少部分地位于每個(gè)相機(jī)56、58的焦平面內(nèi)。

當(dāng)種子12被定位于光亮穹頂54的腔室62中時(shí)，過程前進(jìn)到框1018，如圖15所示。在框1018中，控制器400確定被抓取的種子12的方向，用于用切割裝置112修剪和剖分種子12。即，控制器400確定種子12相對(duì)于抓取器18如何放置，使得機(jī)械臂16可以將種子12正確地置于切割單元116上，用于修剪和剖分種子12的胚胎。為此，可以使用如圖17所示的作為舉例的操作過程1200。雖然本文針對(duì)以線性方式分析若干靜止圖像來描述過程1200，但應(yīng)明白，在一些實(shí)施例中，控制器400例如可并行地執(zhí)行多個(gè)圖像分析，或連續(xù)地分析視頻。

過程1200可以開始于框1202，在框1202中，控制器400操作相機(jī)58以從側(cè)面視角拍攝被抓取的種子12的圖像530。在框1204中，控制器400分析圖像530以確定種子12的種臍424是否在種子12上可見。也就是說，控制器400確定種臍424(參見圖32)是否在相機(jī)58的視場內(nèi)。為此，控制器400可以利用任何合適的圖像處理算法，諸如本文所描述的那些算法。例如，在作為舉例的實(shí)施例中，控制器400利用關(guān)聯(lián)模型，該關(guān)聯(lián)模型使用陰影(例如，灰度像素強(qiáng)度)來對(duì)種子12建模，并且識(shí)別在種子12與種子種臍的基準(zhǔn)圖像536之間的匹配534(如果有的話)，如圖32所示。特別是，關(guān)聯(lián)模型執(zhí)行基準(zhǔn)圖像536到拍攝圖像530的像素到像素的匹配。

在框1206中，控制器400確定種子12的種臍424是否在相機(jī)58的視場內(nèi)。如果是，則過程1200前進(jìn)到框1210。然而，如果控制器400確定種臍424不在相機(jī)58的視場內(nèi)，則過程前進(jìn)到框1208。

在框1208中，控制器400可以對(duì)種子12重新定向，使得種臍在相機(jī)58的視場內(nèi)。特別是，控制器400操作機(jī)械臂16，使種子12圍繞抓取器18的軸線358旋轉(zhuǎn)，直到種臍424在相機(jī)58的視場內(nèi)。在一些實(shí)施例中，機(jī)械臂16使種子12旋轉(zhuǎn)過一個(gè)增量角度，相機(jī)58拍攝被抓取的種子12的新圖像，然后控制器400分析該新圖像以確定種臍424現(xiàn)在是否在相機(jī)58的視場內(nèi)。如果不是，則可以重復(fù)例程直到種臍424在相機(jī)58的視場內(nèi)。在一實(shí)施例中，機(jī)械臂16可以首先將種子12旋轉(zhuǎn)180度的角度，以加速確定種臍424位置的過程。一旦確定了種臍424在相機(jī)58的視場內(nèi)，則過程1200可以前進(jìn)到框1210。

在框1210中，控制器400操作相機(jī)56以從如圖33所示的底部視角拍攝被抓取的種子12的圖像540。然后，過程1200前進(jìn)到圖18的框1212。在框1212中，控制器400分析拍攝圖像540以識(shí)別圖像540中的種子12的縱向軸線542(即，長軸)。在作為舉例的實(shí)施例中，控制器400利用斑點(diǎn)檢測算法來確定種子12在拍攝圖像540中的位置，并且確定種子12的主軸(即，長軸和短軸)。例如，斑點(diǎn)檢測算法可以將拍攝圖像540中的種子12識(shí)別為斑點(diǎn)，確定該斑點(diǎn)的質(zhì)心和邊緣，并基于該信息逼近主軸和短軸。

可以明白，所利用的特定斑點(diǎn)檢測算法可以根據(jù)特定實(shí)施例而變化。例如，在作為舉例的實(shí)施例中，控制器400使用與epsonc3型六軸關(guān)節(jié)臂一起包括的軟件包中的斑點(diǎn)檢測算法。在一些實(shí)施例中，斑點(diǎn)檢測算法可以基于高斯差分(dog)、高斯拉普拉斯(log)、hessian決定因子和/或其它運(yùn)算符。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器400可以利用在例如下面是文獻(xiàn)中描述的斑點(diǎn)檢測算法：lindeberg，“detectingsalientblob-likeimagestructuresandtheirscaleswithascale-spaceprimalsketch:amethodforfocus-of-attention”，11(3)internationaljournalofcomputervision，283-318(1993)。此外，在一些實(shí)施例中，控制器400可以在拍攝圖像540的處理后版本中繪制圍繞種子12(或其它物體)的矩形邊界548，以指示所識(shí)別的種子12(或其它物體)的位置。在其它實(shí)施例中，控制器400可以利用其它圖像分析算法(例如，圖像分割)來識(shí)別種子12和/或縱向軸線542。

控制器400進(jìn)一步確定種子12的長軸或縱向軸線542相對(duì)于拍攝圖像540的水平軸線546或其它水平線554旋轉(zhuǎn)的角度544。換句話說，確定了限定在縱向軸線542和水平軸線546或其它水平線554之間的角度544。在作為舉例的實(shí)施例中，相機(jī)56被構(gòu)造為拍攝直線圖像；因此，可以認(rèn)為拍攝圖像540的水平軸線546平行于相機(jī)56的邊緣。

如圖34所示，機(jī)械臂16能夠?qū)⒈蛔ト〉姆N子12在光亮穹頂54內(nèi)重新定向。例如，根據(jù)必要的重新定向，機(jī)械臂16可以通過旋轉(zhuǎn)和/或平移種子12來改變種子12的方向。因此，在圖18的框1214中，控制器400操作機(jī)械臂16以對(duì)種子12進(jìn)行定向，使得縱向軸線542平行于水平軸線546，如圖35所示。特別是，機(jī)械臂16使種子12繞軸線358旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，控制器400可以不需要精確的平行度，而是可以建立角度544的公差。在一些實(shí)施例中，公差可以小于等于1.0度。在其它實(shí)施例中，公差可以小于等于0.5度。在另外的其它實(shí)施例中，對(duì)于角度544，公差可以小于等于0.3度。應(yīng)當(dāng)理解，可以針對(duì)本文的任何測量值建立類似的公差。如上所述，相機(jī)56和機(jī)械臂16被校準(zhǔn)，使得它們的坐標(biāo)系彼此映射，從而對(duì)種子12進(jìn)行定向，以便有效地將種子12的縱向軸線542與機(jī)械臂的坐標(biāo)系的軸線對(duì)準(zhǔn)。

回到圖18，過程1200可前進(jìn)到框1216，在框1216中，控制器400操作相機(jī)58以拍攝被抓取的種子12的圖像550。如圖36所示，圖像550是從相機(jī)58的視角獲取的種子的側(cè)視圖?？梢栽诳?218中分析圖像550以識(shí)別抓取的種子12和種子12的縱向軸線552。應(yīng)當(dāng)理解，縱向軸線552、578由于種子12的不規(guī)則形狀而可以彼此重合或可以不彼此重合?？刂破?00可以按照上面針對(duì)拍攝圖像540的分析所描述的類似方式，利用斑點(diǎn)檢測算法來識(shí)別種子12的位置556，并且/或者確定縱向軸線552在拍攝圖像550中的位置。

在作為舉例的實(shí)施例中，控制器400在拍攝圖像550中識(shí)別出種子12的左縱向端562處的種子12的左豎向切片560或橫截面，以及在種子12的右縱向端566處的種子12的右豎向切片564或橫截面。如圖37所示，豎向切片560、564中的每一個(gè)的寬度為至少一個(gè)像素。在作為舉例的實(shí)施例中，切片的寬度是25個(gè)像素，但是寬度可以在其它實(shí)施例中變化?？刂破?00確定種子12的左豎向切片560的質(zhì)心570和種子12的右豎向切片564的質(zhì)心572。拍攝圖像550中的種子12的縱向軸線552限定為與兩個(gè)質(zhì)心570、572相交的線。換句話說，縱向軸線552延伸通過種子12的縱向端部562、566的質(zhì)心?？刂破?00進(jìn)一步確定縱向軸線552相對(duì)于拍攝圖像550的水平軸線576或其它水平線578的角度574。

過程1200可以前進(jìn)到框1220，在框1220中，種子12被重新定向。特別是，控制器400操作機(jī)械臂16以對(duì)種子12進(jìn)行定向，使得縱向軸線552平行于水平軸線576，如圖38所示。具體地說，機(jī)械臂16使種子12相對(duì)于拍攝圖像550旋轉(zhuǎn)，直到縱向軸線552平行于水平軸線576(例如，限制于諸如1度平行度內(nèi)的公差水平)。當(dāng)種子12被正確地定向時(shí)，過程1200繼續(xù)進(jìn)行到框1222。

在框1222中，控制器400操作相機(jī)58以從側(cè)立面(即，相機(jī)58的視場)拍攝被抓取的種子12的另一圖像580，如圖39所示。圖像580在框1224中被分析，以識(shí)別被抓取的種子12和種子12的種臍424相對(duì)于種子12的質(zhì)心或縱向軸線的位置596。在作為舉例的實(shí)施例中，控制器400利用斑點(diǎn)檢測來確定種子12在拍攝圖像580中的位置598。另外，控制器400利用合適的算法來確定種子12上的種臍424在拍攝圖像580中的位置。例如，控制器400可以使用如上所述的種臍的基準(zhǔn)圖像536(參見圖32)和/或圖像特征匹配算法來確定種臍424的位置596?？刂破?00以與上述類似的方式識(shí)別種子12的縱向端582(例如，左端或右端)和種子12的縱向端582的豎向切片584。如圖40所示，控制器400識(shí)別種子12的豎向切片584的質(zhì)心586和種臍424的質(zhì)心588，并且在質(zhì)心586、588的中心之間畫出實(shí)線590?？刂破?00進(jìn)一步確定線590相對(duì)于拍攝圖像580的水平軸線594或種子12的縱向軸線552的角度592。

回到圖18，過程1200前進(jìn)到框1226，在框1226中，控制器400操作機(jī)械臂16以對(duì)種子12進(jìn)行定向，使種臍424的質(zhì)心588與種子12的縱向軸線552對(duì)準(zhǔn)，如圖41所示。特別是，機(jī)械臂16使種子12朝向或遠(yuǎn)離相機(jī)58旋轉(zhuǎn)，直到質(zhì)心586、588之間的線590平行于拍攝圖像580的水平軸線594。此時(shí)，線590對(duì)應(yīng)于種臍424的縱向軸線436，使得由種臍424的縱向軸線436和種子12的縱向軸線436限定的種子平面438與機(jī)械臂16的坐標(biāo)系的限定平面對(duì)準(zhǔn)。

過程1200然后可以前進(jìn)到圖19的框1228。在框1228中，控制器400操作相機(jī)58以從側(cè)立面拍攝被抓取的種子12的圖像。這樣的圖像600在圖43-48中示出?；氐綀D19，在框1230中，控制器400分析拍攝圖像600，以確定種子12的胚軸440的位置。控制器400可以使用任何合適的算法來進(jìn)行。

例如，在作為舉例的實(shí)施例中，控制器400可以利用胚軸的基準(zhǔn)圖像612(如圖42所示)結(jié)合上述幾何物體識(shí)別功能和/或關(guān)聯(lián)模型來識(shí)別胚軸440。應(yīng)當(dāng)理解，控制器400已經(jīng)為圖46-48每一個(gè)中的胚軸440識(shí)別了匹配602，如圖所示。然而，控制器400未能識(shí)別圖43-45每一個(gè)中的胚軸440，因?yàn)榕咻S440的主要部分不在相機(jī)58的視場內(nèi)。在這些情況下，控制器400操作機(jī)械臂16旋轉(zhuǎn)種子12，直到胚軸440在相機(jī)58的視場內(nèi)并且由控制器400檢測到。

回到圖19，過程1200前進(jìn)到框1232，在框1232中，控制器400確定對(duì)種子12的胚軸440進(jìn)行修剪的位置。為此，控制器400在拍攝圖像600中或由相機(jī)58拍攝的新圖像中確定種子12的位置708、胚軸440的位置602和種子12的種臍424的位置710，如圖49-52所示。特別是，控制器400識(shí)別最接近胚軸440的種臍424的邊緣620和在與胚軸440相同側(cè)上的種子12的邊緣622，如圖51所示。進(jìn)一步，在作為舉例的實(shí)施例中，控制器400確定在邊緣620、622之間中間處的豎向橫截面624。豎向橫截面624對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)10要修剪種子12的胚軸440的位置。在其它實(shí)施例中，控制器400可以識(shí)別除邊緣620、622之間的中點(diǎn)之外的點(diǎn)(例如，基于用戶輸入)。

如上，控制器400已經(jīng)校準(zhǔn)系統(tǒng)10，使得機(jī)械臂16的坐標(biāo)系和相機(jī)58的坐標(biāo)系彼此映射。因?yàn)闄C(jī)械臂16的坐標(biāo)系是已知的，所以控制器400知道抓取器18的中心626相對(duì)于拍攝圖像600的位置?？刂破?00還知道機(jī)械臂16的坐標(biāo)系中的物理距離(例如，以毫米為單位)和相機(jī)58的坐標(biāo)系中的距離(例如，以像素為單位)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。該信息用于確定拍攝圖像600中的中心626和豎向橫截面624之間的水平距離628，如圖52所示?？刂破?00還計(jì)算胚胎修剪切口距抓取器18的中心626的距離。

回到圖19，在框1234中，控制器400確定將被抓取的種子12放置在切割站30的切割單元116上以由切割刀片170修剪和剖分的位置。為此，控制器400操作相機(jī)56以從底部視角拍攝種子12的圖像640。如上所述，機(jī)械臂16的坐標(biāo)系和相機(jī)56的坐標(biāo)系之間的映射是已知的，因此可以確定沿抓取軸線358投影到拍攝圖像640的點(diǎn)642?？刂破?00進(jìn)一步分析拍攝圖像640以識(shí)別種子12的背邊緣644(即，與種臍424和胚軸440相對(duì))以及點(diǎn)642和背邊緣644之間的距離646，如圖53所示。因?yàn)榭刂破?00將切割單元116的前壁154的位置存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，所以控制器400能夠?qū)⒎N子12正確地定位于切割單元116上。特別是，控制器400操作機(jī)械臂16以將種子12定位于凸緣124上，并且使由抓取軸線358限定的抓取器18的中心被定位于離開前壁154確定的距離646處。

回到圖19，在框1236中，控制器400確定修剪和/或剖分切割的深度以及刀片170對(duì)種子12進(jìn)行切割的位置。如上所述，控制器400預(yù)先確定用以對(duì)胚軸進(jìn)行修剪的點(diǎn)(即，如圖52所示的豎向橫截面624)。在作為舉例的實(shí)施例中，控制器400借助于每個(gè)相機(jī)56、58的已知坐標(biāo)系將豎向橫截面624映射到從不同視角拍攝的拍攝圖像640上的對(duì)應(yīng)位置650。進(jìn)一步，控制器400確定種子12在相應(yīng)位置650處的寬度652，如圖54所示。控制器400還識(shí)別種子12的背邊緣644的位置?；谠撔畔⒑托藜羟懈詈?或剖分切割的期望深度(例如，來自用戶輸入)，控制器400能夠確定在修剪和/或剖分胚軸440時(shí)使切割刀片170朝向前壁154移動(dòng)的距離。

控制器400還確定切割刀片170用于對(duì)種子12進(jìn)行剖分的適當(dāng)位置。為此，控制器400操作相機(jī)58，以拍攝種子12的圖像660，并分析拍攝圖像660以確定胚軸440的質(zhì)心662的位置，如圖55所示。如上所述，控制器400可以首先使用例如特征匹配算法結(jié)合基準(zhǔn)圖像612(參見圖42)確定拍攝圖像660中胚軸440的位置602。進(jìn)一步，控制器400確定種子12的底部邊緣666與胚軸440的質(zhì)心662之間的距離664。如上所述，控制器400可將像素距離轉(zhuǎn)換為物理距離。因此，距離664用于確定在凸緣124上方進(jìn)行水平剖分切割的距離。

返回參考圖15，一旦控制器400確定了種子12進(jìn)行修剪和剖分的正確方向，則過程1000前進(jìn)到圖16的框1020。在框1020中，控制器400操作機(jī)械臂16以將被抓取的種子12定位于切割單元116上。如上所述，基于存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，控制器400能夠確定抓取軸線358和被抓取的種子12的背邊緣644之間的距離646。相應(yīng)地，在作為舉例的實(shí)施例中，控制器400操作機(jī)械臂16，將種子12定位于凸緣124上的某一點(diǎn)處：在該點(diǎn)處，抓取軸線358被置于離開切割單元116的前壁154確定的距離646。在距離646處，種子12被定位成以適當(dāng)?shù)纳疃群头较蚯懈睢Ｔ谧鳛榕e例的實(shí)施例中，種子12被定位成其背邊緣644剛好接觸切割單元116的前壁154。

在框1022中，控制器400操作切割裝置112以修剪胚軸440。為此，控制器400啟動(dòng)壓縮空氣源230，使軸224(以及因此爪244、246)繞軸線226旋轉(zhuǎn)。軸224旋轉(zhuǎn)以豎向地(即，垂直于切割單元116的凸緣124)定位切割刀片170。如圖56所示，切割刀片170與限定在凸緣124中的槽口164對(duì)準(zhǔn)。

控制器400還可以操作中間驅(qū)動(dòng)級(jí)210以升高或降低切割刀片170，如圖56中的箭頭700所示。為了修剪胚軸440，控制器400操作切割裝置112的驅(qū)動(dòng)級(jí)194，使切割刀片170沿著軸線226朝向塊116上的種子12直線前進(jìn)。如圖57所示，切割刀片170前進(jìn)到槽口164和種子12中，直到切割刀片170達(dá)到先前確定的切割距離(例如，相對(duì)于前壁154)，從而修剪胚軸440。

如圖63所示，切割刀片170前進(jìn)通過胚軸440，以使軸440的末端442與軸440的其余部分分離。如上所述，一般情況下，胚軸440的1/3和1/2之間可以留下附接在上面。換句話說，1/2到2/3之間的胚軸440可以與末端442一起被從胚軸440的其余部分修剪下來。在作為舉例的實(shí)施例中，當(dāng)修剪胚軸440時(shí)，切割刀片170不穿透子葉412、414。在一些實(shí)施例中，可能期望通過將切割刀片170進(jìn)一步送進(jìn)到種子10中來對(duì)子葉412、414形成創(chuàng)傷?？刂破?00然后可以操作驅(qū)動(dòng)級(jí)194，使切割刀片170移動(dòng)離開種子12并離開槽口164。

過程1000然后可以前進(jìn)到框1024，在框1024中，控制器400操作切割裝置112以水平地定位切割刀片170，用于剖分種子12。為此，控制器400啟動(dòng)壓縮空氣源230，使軸224(以及因此爪244、246)圍繞軸線226從圖56-57所示的豎向位置旋轉(zhuǎn)到圖58所示的水平位置。控制器400還可以操作中間驅(qū)動(dòng)級(jí)210，以升高或降低切割刀片170，使切割刀片170與種子12的縱向軸線418對(duì)準(zhǔn)。如上所述，控制器400可以使用距離664和其它已知的物理尺寸來確定切割刀片170將被定位的、在凸緣124上方的距離。

在程序1000的框1026中，控制器400使切割刀片170朝向前壁154移動(dòng)，以對(duì)種子12進(jìn)行剖分。為此，控制器400操作切割裝置112的驅(qū)動(dòng)級(jí)194，使切割刀片170沿軸線226朝向單元116上的種子12直線前進(jìn)。如圖59所示，切割刀片170前進(jìn)到種子12中，直到切割刀片170達(dá)到如上所述的先前確定的剖分距離(例如，相對(duì)于前壁154)。

如圖64所示，切割刀片170與由種臍424的縱向軸線436和種子12的縱向軸線418限定的平面438對(duì)準(zhǔn)，并且沿著平面438前進(jìn)穿過種皮416和種臍424。從而在種子12中產(chǎn)生開口702。胚軸440被切成附接到子葉412的中間部分704和附接到子葉414的側(cè)向部分706。如圖64所示，切割刀片170穿過胚軸440的根部444。應(yīng)當(dāng)理解，在作為舉例的實(shí)施例中，切割刀片170不將種子12完全剖分為兩個(gè)部分。相反，在胚胎修剪和剖分之后，種子12仍然可以作為單件由抓取器18輸送?？刂破?00然后可以操作驅(qū)動(dòng)級(jí)194以使切割刀片170遠(yuǎn)離種子12移動(dòng)。

在過程1000的框1028中，控制器400操作機(jī)械臂16以將剖分的種子12移動(dòng)到位于對(duì)應(yīng)接收區(qū)域26的板38?？刂破?00然后停用負(fù)壓力源356，使剖分的種子12下落到板38上。在框1030中，控制器400操作機(jī)械臂16以從切割單元116清除任何碎屑。在一些實(shí)施例中，機(jī)械臂16可以使抓取器18沿著凸緣124的上壁156通過一次以上，以清除碎屑。在其它實(shí)施例中，抓取組件320包括壓力源，該壓力源電聯(lián)接到控制器400并且被構(gòu)造成通過通路352、354輸送壓力流體(例如，壓縮空氣)以排除諸如碎屑等輕物體。在這樣的實(shí)施例中，當(dāng)抓取器18沿著凸緣124通過時(shí)，控制器400可以輸送操作壓力源以將壓力流體輸送到切割單元116。

在框1032中，控制器400可操作機(jī)械臂16和切割裝置112以定期更換切割刀片170。根據(jù)該具體實(shí)施例，切割刀片170可在預(yù)定量的時(shí)間過去之后、在處理了閾值數(shù)量的種子12之后以及/或者響應(yīng)于另一條件更換。

應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)輸送區(qū)域24中的板36上的每個(gè)種子12重復(fù)過程1000或過程1000的若干部分。此外，過程1000可以使用兩個(gè)機(jī)械臂16來實(shí)現(xiàn)，以便這些臂16交替地使用站28、30。此外，應(yīng)當(dāng)理解，該過程可以利用一個(gè)以上機(jī)械臂16來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)機(jī)械臂16都利用其自己的專用站28、30。

在一個(gè)以上被切割的種子12已經(jīng)被放置在接收區(qū)域26中之后，用戶可以從系統(tǒng)10中移除種子12用于進(jìn)一步處理。其中，用戶可以從種皮中分離子葉、對(duì)子葉形成額外的創(chuàng)傷或者用農(nóng)桿菌培養(yǎng)物接種子葉。為了將種皮416與子葉412、414分離，使用者可以加寬開口702以進(jìn)一步暴露子葉412、414。可以從種皮416去除子葉412、414，并丟棄種皮416。如圖65所示，可以被稱為切開的大豆種子或子葉段的每個(gè)子葉包括胚軸的一部分。在作為舉例的實(shí)施例中，子葉段412包括胚軸440的部分704，而子葉段414包括胚軸440的部分706。然后子葉段412、414中的每一個(gè)準(zhǔn)備用于進(jìn)一步處理，包括形成額外創(chuàng)傷或利用農(nóng)桿菌培養(yǎng)物接種。

農(nóng)桿菌培養(yǎng)物是用于將表達(dá)載體引入植物中的廣泛使用的方法，其基于農(nóng)桿菌的天然轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。參見horsch等人在science227:1229(1985)中的文章。根癌農(nóng)桿菌和發(fā)根農(nóng)桿菌(a.tumefaciensanda.rhizogenes)是已知可用于遺傳轉(zhuǎn)化植物細(xì)胞的植物病原性土壤細(xì)菌。根癌農(nóng)桿菌和發(fā)根農(nóng)桿菌的ti和ri質(zhì)粒分別攜帶負(fù)責(zé)植物遺傳轉(zhuǎn)化的基因。參見kado,c.i.,crit.rev.plant.sci.10:1(1991)。用于農(nóng)桿菌介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移的農(nóng)桿菌載體系統(tǒng)和方法的描述另見例如gruber等人的文章(同上)、miki等人的文章(同上)、moloney等人在plantcellreports8:238(1989)中的文章以及美國專利4,940,838和5,464,763。

如果使用農(nóng)桿菌進(jìn)行轉(zhuǎn)化，則要插入的dna應(yīng)克隆到特殊質(zhì)粒中，即進(jìn)入中間載體或二元載體。中間載體不能在農(nóng)桿菌中自身復(fù)制。中間載體可以通過輔助質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到根癌農(nóng)桿菌中(接合)。japantobaccosuperbinary系統(tǒng)是這種系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例(見komari等人的綜述(2006)：methodsinmolecularbiology(k.wang，ed)no.343:agrobacteriumprotocols(第2版，第1卷)，humanapressinc.,totowa,nj，第15-41頁；以及komori等人(2007)，見plantphysiol.145:1155-1160)。二元載體可以在大腸桿菌和農(nóng)桿菌中自身復(fù)制。它們包含選擇標(biāo)記基因和由右、左t-dna邊界區(qū)域框住的接頭或多接頭。它們可以直接轉(zhuǎn)化為農(nóng)桿菌(holsters，1978)。用作宿主細(xì)胞的農(nóng)桿菌包含攜帶vir區(qū)域的質(zhì)粒。ti或ri質(zhì)粒還包含t-dna轉(zhuǎn)移所必需的vir區(qū)域。vir區(qū)域是將t-dna轉(zhuǎn)移到植物細(xì)胞中所必需的。可以包含另外的t-dna。

當(dāng)使用二元t-dna載體(bevan(1984)，nuc.acidres.12:87118721)或共培養(yǎng)過程(horsch等人，(1985)science227:1229-1231)通過細(xì)菌感染細(xì)胞時(shí)，根癌農(nóng)桿菌宿主的毒力功能將引導(dǎo)含有構(gòu)建體和相鄰標(biāo)記的t鏈插入到植物細(xì)胞dna中。通常，農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化系統(tǒng)用于工程化雙子葉植物(bevan等人，(1982)ann.rev.genet16:357384；rogers等人，(1986)methodsenzymol.118:627641)。農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化系統(tǒng)也可以用于將dna轉(zhuǎn)化以及轉(zhuǎn)移到單子葉植物和植物細(xì)胞。參見美國專利5,591,616；hernalsteen等人，(1984)emboj3:3039-3041；hooykass-vanslogteren等人，(1984)nature311:763-764；grimsley等人，(1987)nature325:1677-179；boulton等人，(1989)plantmol.biol.12:31-40；和gould等人，(1991)plantphysiol.95:426434。

包含胚軸的一部分的切開的大豆種子可以典型地用含有合適的遺傳構(gòu)建體的農(nóng)桿菌培養(yǎng)物接種約0.5-3.0小時(shí)，更典型地約0.5小時(shí)，隨后在合適的培養(yǎng)基上共培養(yǎng)最多約5天的一段時(shí)間。假定含有轉(zhuǎn)基因拷貝的外植體來源于包含一部分胚軸的被轉(zhuǎn)化的切開的大豆種子的培養(yǎng)。這些外植體可以被識(shí)別和分離用于進(jìn)一步的組織增殖。

多種替代技術(shù)也可用于將dna插入宿主植物細(xì)胞中。這些技術(shù)包括但不限于用根癌農(nóng)桿菌或發(fā)根農(nóng)桿菌作為轉(zhuǎn)化劑傳送的t-dna進(jìn)行的轉(zhuǎn)化。來自農(nóng)桿菌技術(shù)的實(shí)例描述于例如美國專利5,177,010、美國專利5,104,310、歐洲專利申請(qǐng)0131624b1、歐洲專利申請(qǐng)120516、歐洲專利申請(qǐng)159418b1、歐洲專利申請(qǐng)176112、美國專利5,149,645、美國專利5,469,976、美國專利5,464,763、美國專利4,940,838、美國專利4,693,976、歐洲專利申請(qǐng)116718、歐洲專利申請(qǐng)290799、歐洲專利申請(qǐng)320500、歐洲專利申請(qǐng)604662、歐洲專利申請(qǐng)627752、歐洲專利申請(qǐng)0267159、歐洲專利申請(qǐng)0292435、美國專利5,231,019、美國專利5,463,174、美國專利4,762,785、美國專利5,004,863和美國專利5,159,135。使用含有t-dna的載體用于植物細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，已經(jīng)進(jìn)行了深入研究并充分描述于歐洲專利申請(qǐng)120516；an等人(1985，emboj.4:277-284)，fraley等人(1986，crit.rev.plantsci.4:1-46)和lee和gelvin(2008，plantphysiol.146:325-322)，并且在該領(lǐng)域中得到了很好的建立。

另一種已知的植物轉(zhuǎn)化方法是微粒介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化，其中，dna攜帶在微粒的表面上。在該方法中，用生物彈道裝置將表達(dá)載體引入植物組織中，該生物彈道裝置將微粒加速至足以穿透植物細(xì)胞壁和膜的速度。參見sanford等人，part.sci.technol.5:27(1987),sanford,j.c.,trendsbiotech.6:299(1988),sanford,j.c.,physiol.plant79:206(1990),klein等人,biotechnology10:268(1992)。

作為替換方式，基因轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化方法包括但不限于通過氯化鈣沉淀、聚乙二醇(peg)或電穿孔介導(dǎo)的裸dna吸收的原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化(參見paszkowski等人(1984)emboj3:2717-2722，potrykus等人(1985)molec.gen.genet.199:169-177；fromm等人(1985)proc.nat.acad.sci.usa82:5824-5828；和shimamoto(1989)nature338:274276)和植物組織的電穿孔(d'halluin等人(1992)plantcell4:1495-1505)。

盡管已經(jīng)在附圖和前面的描述中詳細(xì)地舉例和描述了本方面，但是這樣的舉例和描述在特性上被認(rèn)為是示例性的而不是限制性的，應(yīng)當(dāng)理解，僅示出和描述了作為舉例的實(shí)施例，希望保護(hù)落入本發(fā)明的精神內(nèi)的所有改變和修改。

從本文所述的方法、設(shè)備和系統(tǒng)的各種特征，可以獲得本發(fā)明的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。將注意到，本發(fā)明的方法、設(shè)備和系統(tǒng)的替代實(shí)施例可以不包括所描述的所有特征，而仍然受益于這些特征的至少一些優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以容易地設(shè)計(jì)其自己的方法、設(shè)備和系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式，這些實(shí)現(xiàn)方式包含有本發(fā)明特征中的一個(gè)以上特征，并且落入由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。