(57)【要約】【課題】新規な多重化システム、コンピュータビジョンベースのデジタル卵マッピングシステム、および埋込みコントローラベースの卵内注射シーケンサを備える卵内注射機と、飼鳥類の孵化についてワクチンおよび他の物質を孵卵器フラット内の検出された卵に選択的に供給するための方法とを提供する。【解決手段】卵内注射機は、対応するエッグフラットに関して、デジタルマッピングの結果に応じて、ワクチンおよび他の物質を条件付きで分配可能である。多重化システムは、複数の出力を有する回転弁を用いて、ただ１つのポンプデバイスを複数の針と接続することができ、１つのポンプに、ワクチンおよび他の物質を高速で高精度に全ての出力または出力のサブグループ、一度に１つのポートを経由させて送ることが可能であって、実際には１つのポンプが、ワクチンまたは他の物質を、ほぼ同時に短時間で複数のポートに分配可能である。【選択図】図３０
2020075091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を複数の注射針のサブグループに送り分配する自動卵内注射機であって、前記複数の注射針のサブグループが、前記自動卵内注射機内の孵卵トレイに存在すると事前にデジタル方式で判定した卵に対応するようにマッピングされており、前記自動卵内注射機は、
支持フレームと、
各々が、貯蔵器からの液体物質を受取る液体物質取込み開口部と、可変調節可能投薬装置と、回転方向弁と、複数の液体物質出力口とを含む複数の液体物質多重化システムと、
デジタル方式で孵卵トレイに位置する卵をマッピングする、コンピュータベースのデジタルビジュアル検査部と、
マッピングされた前記卵の注射を順に行うことが可能なコントローラシステムと、
孵卵トレイの上方に配置された複数の卵穿孔機を有し、可変ストロークで垂直方向に移動可能な複数の注射針を含む注射部と、
前記複数の注射針の各々と対応付けられた電磁スライドハンマーとを備える、自動卵内注射機。
【請求項２】
請求項１に記載の自動卵内注射機で前記卵に注射を行うステップを備える、流体を卵に注射する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連の出願の相互参照
【０００２】
該当なし
【０００３】
連邦政府資金による研究開発の記載
【０００４】
該当なし
【０００５】
開示の分野
【０００６】
本開示は、一般に卵内注射装置に関し、特に、所与の注射器が対応する場所の卵トレイ内に卵が存在する場合にのみ、注射器を通してワクチンおよび他の物質を条件付きで分配するように設計された卵内注射装置に関する。発明はさらに、１）コンピュータビジョン卵存在検出および選択的分配シーケンサ、２）コンピュータビジョンベースの間接的な群れの年齢の判定、３）全体的な針穿刺深さの調節、４）高精度高速分配装置の多重化、５）電気駆動された卵殻浮動穿孔機の個別電子スマート制御、および６）回転ごとの注射ポンプ容積の倍数でデジタル制御された注射量、の特徴のうち１つ以上を有する卵内注射装置に関する。
【背景技術】
【０００７】
開示の背景
【０００８】
本節は、本開示に関連する発明の概念に対して、必ずしも先行技術ではない背景情報を提供する。
【０００９】
飼鳥類の孵化では、卵に１つまたは複数の物質を注射する必要が高まっている。これは、一般に「卵内注射」と呼ばれるプロセスであり、卵注射を意味する。様々な物質の鳥類の卵への注射は、孵化後および／または現場での死亡率を低減するため、可能な成長率または結果として生じる鶏の最終的なサイズを増大するため、さらには胚の性別に影響を及ぼすために用いられてきた。鳥の胚の卵内注射を介した供給のための実行可能な処置として提案されている物質の例としては、生培養ワクチン、抗生物質、ビタミン、およびさらには競争的排除媒体が挙げられる。卵内注射される処置物質の具体例は、Sharmaなどの米国特許第４，４５８，６３０号、およびFredericksenなどの米国特許第５，０２８，４２１号に記載されている。
【００１０】
卵からの鳥の生産には、複数の重要なステップが必要である。まず、卵は孵卵トレイのポケットに配置され、特定の温度および湿度レベルで特定の時間にわたって孵卵される。その後、孵化の数日前、通常は孵卵期間の最後の４分の１の期間に、卵は孵化トレイ内へ移される。孵卵トレイから孵化トレイに移す間に、検卵、卵の取出し、ワクチン接種、および移送を含む複数の操作が通常行われるが、操作はこれらに限定されるわけではない。通常、検卵は「検卵」機によって制御される。このプロセスによって、卵内での胚の検出が可能になる。胚を含む孵化卵のみに高価なワクチンおよび他の物質を接種することが理想的である。検卵操作の後で、検卵機の一部を構成する取出し操作によって、胚を有していない「不良の」卵が孵卵トレイから取り除かれる。最終的に、移送機によって胚を有する卵が孵卵トレイから取り除かれ、孵化トレイ内に移される。
【００１１】
取出し機のステップの直後に、卵内注射装置またはワクチン注射器を用いて１つまたは複数の物質を卵に注射することが一般的である。概して、卵内注射装置／ワクチン注射器には、数十もの注射器が取り付けられており、そのような機械が、Correaなどの米国特許第７，３６０，５００号に開示されている。しかしながら、卵内注射は複数の技術的課題と関係があり、そのような課題の一部は、現在利用可能な技術によって取組まれている。一例として、卵内注射のプロセスは、卵のサイズ、形状、重量、トレイ内での場所およびポケット内での向きが一致している場合に最適化される。卵のサイズは、雌鶏の年齢と直接関係する傾向にある。すなわち、雌鶏が若いほど、卵の高さおよび直径は小さい。それゆえ、産卵鶏の群れ内で、卵のサイズにばらつきが生じる。孵卵トレイのポケットにおいて変わりやすい向き／配置と合わさった卵の寸法のばらつきは、ワクチンの効率および卵／鶏の孵化率を最大化するための所与の卵の目標領域内におけるワクチン接種に課題を提示している。最も効果的な注射場所は、羊膜、または胚を損傷しない胚の一部であることが好ましい。これは、長手方向軸に沿って特定の割合の穿刺深さまで卵の大端部内に注射することによって行うのが一番よい。典型的な孵卵トレイは、卵をそれらの赤道のちょうど南で保持するように設計されたポケットを有しており、各ポケットは、固定直径ホルダである。ホルダは固定直径を有するために、卵の直径が小さいほど、卵は孵卵トレイにより深く位置する。逆に、卵の直径が大きいほど、卵は孵卵トレイのより高い場所に位置する。さらに、典型的なトレイでは、必ず卵は常に完全に直立して保持され整列されるようになっているわけではない。したがって、効果的な卵内注射にとってのこの特定の課題は、卵間のサイズの差のみに基づくものではなく、孵卵目的でトレイ内のポケットに卵を保持する／方向づける態様にも基づく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第４，４５８，６３０号明細書
【特許文献２】米国特許第５，０２８，４２１号明細書
【特許文献３】米国特許第７，３６０，５００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
今日利用可能な卵内注射技術は、卵が孵卵トレイ内に位置するように部分的に卵の上部の高さのばらつきに調節する浮動注射器を用いる場合があり、これによって、各卵は、卵のサイズにかかわらず、卵の上部から一定の高さ、たとえば０．５インチまでワクチン接種される（たとえば、Correaの米国特許第７，３６０，５００号を参照）。しかしながら、トレイにおける卵の向き、卵の長さおよび高さに関連して卵を通過する針穿刺割合深さは、卵の直径によって影響され、トレイの設計は制御されない。たとえば、２インチの高さの卵に関して、１インチに等しい針穿刺深さを考える。この例では、本明細書で定義されるような針の穿刺割合深さは、５０．００％穿刺深さであろう。同様に、１．５インチの高さの卵に関する１インチの針穿刺深さは、卵上の７５％穿刺深さに等しい。５０％穿刺深さと７５％穿刺深さとの相違は、鶏の産出量に劇的な効果を有し得、７５％穿刺深さは、成長しつつある胚により高い確率で損傷を及ぼす可能性がある。これらの従来技術の浮動注射器は、圧縮ばねによって卵殻の最上部に接触させられてしまうことが典型的である。前述のように、より年をとった群れほど、より大きな卵を産む。卵が大きいほど、卵によって生じるばね圧縮が大きくなって、卵殻に対する圧縮荷重もより大きくなる。圧縮が大きくなると、より年をとった群れの卵がより弱い卵殻を有するという問題が生じる。そのため、卵のサイズを補償するための従来技術の調節機構は典型的には、より弱い卵に対して最も損傷を与え、特に卵が注射器によって穴を開けられるであろう領域、または、卵が卵トレイ上で支えられている領域において、望ましくない卵のひびおよび／または卵殻のくぼみを生じる。また、全ての力によって、反力、卵の数によって増大される、注射器の調節によって生じる圧縮力、および、卵の穿孔がより頑丈で補強材を備える機械フレームの必要性に変換される一方で生成される圧縮力が生成される。卵のサイズ調節および同時に卵の穿孔を行うための機械フレームおよびアクチュエータは、数百ポンドの反力の寸法に作られる必要がある。同様に、卵は、これに応じて直接真下からのまたはエッグフラットを通した構造的な支持物を必要とする。これらの要素は全て、機械およびその構造物の費用を増大させる。
【００１４】
既存の卵内注射装置／ワクチン注射器は、トレイで見つけられるであろう、異なるサイズの／異なる方向を向いた複数の卵を収容するように、自動的に注射針の穿刺割合深さを調節することができない。このように相対的な針の穿刺割合深さを制御できないことによって、卵内の注射場所の精度が低くなる。これは、重要な内臓器官との針の接触という問題を引き起こすことがあり、卵内ワクチン接種プロセス中に死亡が発生し、生物学上の効率が低下する。概して、現在利用可能な注射器にはサイズが均一でない卵を取りそろえた物が提示されており、ワクチンまたは他の高価な物質が無駄になり、卵の孵化率が低下する。さらに、鶏の産出量は、効果のないワクチン接種および／または他の高価な物質の供給によって低減し、孵化損失を悪化させている。最後に、若い群れ、たとえば、２６〜３２週の年齢の群れの卵にワクチン接種を行うと、死亡率が高くなることが業界では現在知られており、認められている。この事実は一部は、上述のように、より高齢の群れによって産出される卵と比べて若い群れによって産出される卵のサイズが比較的小さいこと、および、注射に関する、関連する卵のサイズが複雑であるためであると考えられる。
【００１５】
従来技術のシステムの中には、一体化された弁を有する注射器を用いるものもあるが、これらのシステムが一体化されていることによって、システムの製造、所有、および維持が大幅に高価になる。たとえば、機械的な問題があると、注射器は完全にこれらのシステムにおいて取り替えられなければならず、その結果、コストが増加する。現在の卵内供給システムは全て、注射ヘッドの各々の対応する対象注射器／針アセンブリについて、１つのポンプ装置を有している。この事実は常に、非常に正確な投薬装置の使用が法外に高くなるという、コストを増大させる要因につながる。対照的に、現在、これらのポンプ／投薬装置の時間利用要因は、全ての卵内商業孵化応用についてきわめて低い。なぜなら、流体を卵に分配する実際の供給ステップは典型的には約０．１２５〜０．２５０秒に過ぎないが、卵トレイについての全処理サイクルは、典型的には１トレイにつき８〜１０秒の範囲であるからである。現在のシステムの他の不利な点は、システムは注射器の各々のポンプ装置を備え得るが、全てのポンプは注射ごとに一定量を供給することである。これらのシステムにおいても、各注射針は１つのポンプ装置に関連付けられており、物理的に隔離された状態になることもあれば、マニホールド構成になることもある。そのため、現在のシステムは、機械が製造される前に、最終的な注射量および各卵にどれだけの量を供給しなければならないかについての判定を対象にするために、特定用途向けの個別のポンプ装置を必要とする。孵化場の中には、１つの卵につき５０μｌの量でワクチン接種を行っている所もあれば、１００μｌでワクチン接種を行っているところもある。現在のシステムでは、これらの孵化場の各々は、異なる態様で構成された注射機器を必要とする。
【００１６】
そのため、対応する群れの年齢、およびそれゆえ対応する全体的な卵の平均寸法に応じて、卵内注射針の穿刺割合深さを調節可能な、費用効率の高い高精度の卵内注射／ワクチン接種装置が、明らかに長い間必要だと感じられていた。好ましい卵内注射装置は、実際はほぼ同時に卵の集団にワクチン接種を行うために、高速シーケンスで複数の注射器／針アセンブリを送り出すために１つの高精度の分配装置を多重化可能である。好ましい卵内注射装置は、個々の卵の寸法にかかわらず、ワクチンおよび他の高価な物質を特定用途向けの針の穿刺割合深さで卵に注射可能である。好ましい卵内注射供給システムは、卵をポケットに有する卵トレイポケットに液体を分配するのみであり、空のポケットに分配することは避ける。さらに、生存可能でない卵に注射しない、小さすぎる卵または大きすぎる卵に注射しない、ひびのある卵、破れた卵、または他の欠陥のある卵に注射しないなどの他の基準に基づいて、トレイ内のどの卵を注射するかを選択可能なシステムを提供することが役立つが、これらの基準はあくまで例示的なものである。また、注射器の深さの調節が可能になる卵殻の圧縮、ならびにこの調節に対応するために構造的な補強材を設計する必要性の緩和を必要としない卵穿孔方法および装置が、明らかに長い間必要だと感じられていた。好ましい卵内注射装置は、針の速度および穿刺深さとは完全に独立して、制御された速度および求められた深さで穿孔機を用いて卵殻に穴を開ける。また、最終的なユーザが、機械制御パネルで選択肢を選択することによって、ワクチン供給量、たとえば、５０μｌまたは１００μｌを選択し調節する柔軟なワクチン供給システムが、明らかに長い間必要だと感じられていた。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
開示の概要
【００１８】
本節は、本開示の一般的な概要を提供するものであり、その全体的な範囲または特徴、局面および目的の包括的な開示と解釈されることを意図したものではない。
【００１９】
本発明の第１の局面は、改良された卵内注射機を提供する。この卵内注射機は、注射器が対象とする卵トレイのポケットに卵が存在する時にのみ注射器を通じてワクチンおよび他の物質を条件付きで分配するように設計された、新規なコンピュータビジョン支援型シーケンサを備える。本機械には、デジタルカメラと、１回のステップで卵トレイ上の全ての卵の場所および存在を判定するために、カメラによって撮像されたデジタル画像を処理するコンピュータコントローラとが設けられている。本発明の卵マッピングシステム（ＥＭＳ）は、コンピュータビジョンシステムの使用のみで、卵トレイ上の各卵ポケットのための個別のセンサを必要とせずに得られる卵検出および卵トレイバイナリマッピングシステムである。卵トレイに存在する卵の２進表示は、電気油圧式システムが、ワクチンまたは他の高価な液体を、トレイ上の具体的に検出された卵に既にマッピングされたそれらの注射器および針アセンブリにのみ選択的に分配するための具体的な一連の動作に変換される。また、このマッピングシステムによって、使用される卵の有無を超えた他の特定用途向けの識別基準が可能になる。これらの基準は拡張されて、低い孵化率を有している、またはバイオセキュリティーの問題を生じることが知られている、きわめて小さな卵またはきわめて大きな卵、きわめて傾斜した卵、割れた卵、汚れた卵などを検出することが可能になって、人工知能（ＡＩ）主導の選択にサポートされたワクチンの節約のための新しい機会へと道を開く。これらの特徴を個別にデジタル方式で制御された卵穿孔機と組み合わせることによって、システムは、選択的にワクチンを供給きるだけでなく、選択的に卵の穿孔を行うことも可能になる。
【００２０】
本発明に従うシステム回路は、あらゆる卵内注射システムとの使用にも簡単に、かつ、高い費用対効率で適合可能である。たとえば、本発明の開示された装置および方法は、Correaの米国特許第７，３６０，５００号で開示されたような卵内注射器／ワクチン注射器と共に使用可能である、または、他の注射システムとの使用に容易に適合可能である。
【００２１】
本発明の第２の局面は、電気油圧式分配システムそのものに関する。工場級のおよび高精度の弁なしポンプデバイスを回転弁と組み合わせることによって、新規な高速および高精度の水圧多重化システム（ＨＭＳ）が本発明で実現される。双方のデバイスは、ステッパーモータによって駆動され、卵マッピングシステムの一部として、コンピュータビジョン支援型シーケンサによって収集されコンパイルされた情報のマッピングに対応して、事前に定められた一連の弁口を通してワクチンおよび他の物質を分配するように一定の順序で配列可能である。オペレータは、ベースボリュームの倍数として、分配された量を選択的に制御して、ある程度のワクチンまたは他の液体を供給可能である。
【００２２】
本発明の第３の局面は、卵内注射装置と共に使用される新規な注射針深さ調整を提供する。この調整によって、卵トレイ内に存在する卵の平均サイズに応じて、注射ヘッド／針の穿刺割合深さが自動的に調節される。自動的な注射割合穿刺深さ調節によって、無効な注射の数が減り、成長中の胚を傷つける機会が最小限になる。これらは双方とも、卵内注射と関連する全体的なコストを低減する。そのため、実施形態において、改良された卵内注射装置は、群れの年齢にかかわらず、ワクチンおよび他の高価な物質を所望の対象領域に高い費用効果でおよび高精度に分配可能であり、卵トレイのポケットに卵が存在する場合にのみ、条件付きで当該物質を供給可能である。この特徴は、デジタル方式でＯＮまたはＯＦＦ可能である。これは、カメラによってデジタル方式で判定されるように、卵のサイズを針穿刺深さに関連付ける自動機械判定として実現可能である。代替的に、ユーザは、プロセスパラメータとして直接、または、卵の群れの年齢をキー入力することによって間接的に、所望の対象穿刺深さをキー入力可能である。また、ユーザは、自らの品種に固有の群れの年齢と卵サイズとの間の知られている固有の対応関係を何度もキー入力／編集することが可能であって、おそらくも最も重要であるパラメータの制御を行って、効果的に卵にワクチン接種を行うことが可能である。現在のシステム設計では、機械の設計者／製造者は、具体的な卵パラメータのノウハウを有しておらず、これらの判定を行うためのフィードバックを得ていない。
【００２３】
最後に、改良された卵内注射機は、１）暗室におけるＥＭＳの動作のための暗視カメラ、２）コンピュータビジョンベースの、卵トレイの各ポケット内の個別の卵傾斜判定、および３）選択的な卵配列、という特徴のうち１つ、複数、または全てを備え得る。
【００２４】
本開示のこれらおよび他の特徴および利点は、本明細書の詳細な説明から当業者にとってより明らかとなるであろう。詳細な説明に付随する図面について、以下で説明する。
【００２５】
本明細書で説明される図面は、選択された局面のみを説明する目的のためのものであり、全ての実現例を示す目的のためのものではなく、本開示を実際に図示されているものだけに制限することを意図したものではない。これを考慮して、本開示の局面の例の様々な特徴および利点が、添付された図面と組み合わせて考慮されることによって、以下の説明および添付の特許請求の範囲から当業者にとって明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本開示に係る卵内注射機の模式図である。
【図２】本開示に係る機械の４つの部分を示す、図１に類似した模式図である。
【図３Ａ】本開示に係る機械の平坦な搭載部の複数の部分を示す拡大図である。
【００２７】
【図３Ｂ】本開示に係る機械の平坦な搭載部の複数の部分を示す拡大図である。
【００２８】
【図３Ｃ】本開示に係る機械の平坦な搭載部の複数の部分を示す拡大図である。
【００２９】
【図４】本開示に係る機械のデジタルビジュアル検査部を示す模式図である。
【図５Ａ】本開示に係る機械において使用されるデジタルカメラを示す図である。
【００３０】
【図５Ｂ】本開示に従って使用されるシングルボードコンピュータを示す図である。
【００３１】
【図５Ｃ】本開示に従って使用されるシングルボードコンピュータを示す図である。
【００３２】
【図６Ａ】本開示に係る、円に基づくアルゴリズムを用いて検出された卵の画像である。
【００３３】
【図６Ｂ】本開示に係る、楕円に基づくアルゴリズムを用いて検出された卵の画像である。
【００３４】
【図７】孵卵トレイ（ＩＴ）におけるリアルタイム卵検出によってシングルボードコンピュータから出力された映像のスクリーン表示の例、および、デジタル出力ベクトルの例を示す図である。
【図８】卵のための空間よりも卵が少ないＩＴの撮像画像の拡大図の例およびバイナリマップ出力を示す図である。
【図９】開示されたシステムに従って実現可能なＡＩ学習のレベルを示す図である。
【図１０Ａ】本開示に係る卵持上げ、穿孔、および注射部の模式図である。
【００３５】
【図１０Ｂ】本開示に係る穴の開いたレベリングプレートの模式図である。
【００３６】
【図１１】本開示に係る卵持上げ、穿孔、および注射部の一部を示す模式図である。
【図１２】本開示に係る穿孔機の上部本体を示す図である。
【図１３】本開示に係る穿孔機の下部本体を示す図である。
【図１４】本開示に係る穿孔機の緩衝器を示す図である。
【図１５Ａ】本開示に係るコイルおよびコイルホルダを示す図である。
【００３７】
【図１５Ｂ】本開示に係るコイルおよびコイルホルダを示す図である。
【００３８】
【図１６】本開示に係る光学センサホルダを示す図である。
【図１７】本開示に係る穿孔機アセンブリを示す図である。
【図１８】本開示に係る、上側部分に針コネクタを有する注射針を示し、下側部分に、電磁スライドハンマーが搭載された穿孔機アセンブリを示す図である。
【図１９】本開示に係る、穿孔機アセンブリ内に搭載された注射針およびスライドハンマーを示す図である。
【図２０】電磁スライドハンマーの斜視図である。
【図２１】本開示に係る卵穿孔機を示す図である。
【図２２】本開示に係る卵穿孔機の一部を示す図である。
【図２３】本開示に係る卵穿孔機の内部構成要素を示す図である。
【図２４Ａ】本開示に係る卵穿孔機を改良するために使用された装置を示す図である。
【図２４Ｂ】本開示に係るハンマー速度の計算およびグラフを表わす図である。
【図２５】本開示に係る、卵を穿孔するための一連のステップを示す図である。
【図２６】本開示に係る針アセンブリの模式図である。
【図２７Ａ】本開示に係る卵穿孔機電子制御モジュールの例を示す図である。
【００３９】
【図２７Ｂ】本開示に係る卵穿孔機電子制御モジュールの例を示す図である。
【００４０】
【図２８】卵持上げ、穿孔、および注射ステーションの一部を示す図である。
【図２９Ａ】本開示に係る弁なし主ポンプを示す図である。
【００４１】
【図２９Ｂ】本開示に係る回転弁を示す図である。
【００４２】
【図３０】本開示に係るワクチン供給システムモジュールの模式図である。
【図３１】本開示に係るワクチン供給システムモジュールの一部の模式図である。
【図３２】本開示に係る１つの回転弁の完全なサイクルを示すグラフィックイメージである。
【図３３】本開示に係るワクチン供給システムモジュールの他の一部を示す図である。
【図３４】本開示に係る卵内注射機の全体的な制御アーキテクチャの模式図である。
【図３５】本開示に係る新規な把持装置と卵穿孔機との組合せを示す図である。
【図３６】本開示に係る新規な把持装置の拡大図である。
【図３７】本開示に係る卵排出装置と組み合わされた新規な卵把持装置を示す図である。
【図３８Ａ】本開示に係るキャパシタ充電仕様を示す図である。
【００４３】
【図３８Ｂ】本開示に係るキャパシタに関するタイムチャートの例を示す図である。
【００４４】
【図３８Ｃ】本開示に係る、２４Ｖの供給についての放電観察を示す図である。
【００４５】
【図３８Ｄ】本開示に係る、２０Ｖの供給についての放電観察を示す図である。
【００４６】
【図３８Ｅ】本開示に係る、１８Ｖの供給についての放電観察を示す図である。
【００４７】
【図３８Ｆ】本開示に係る、１６Ｖの供給についての放電観察を示す図である。
【００４８】
【図３９】本開示に係る穿孔機モジュールの模式図である。
【図４０】本開示に係る卵穿孔機の回路構成の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
開示の詳細な説明
【００５０】
以下では、本開示の理解を提供するために詳細が説明される。
【００５１】
理解しやすくする目的で、当業者に本開示の範囲を伝えるために、例示的な局面が本明細書で説明される。本開示の様々な局面の十分な理解を提供するために、具体的な構成要素、装置、および方法の例など多くの詳細について説明する。公知のプロセス、公知の装置構造、および公知の技術などの具体的な詳細は当業者に既に十分理解されているため、これらの具体的な詳細について本明細書で説明する必要がないこと、実施形態の例は多くの異なる態様で具体化され得ること、および、これらはいずれも本開示の範囲を制限するものと解釈されるべきではないことは、当業者にとって明らかである。
【００５２】
本明細書において使用される用語は、特定の局面の例を説明する目的でのみ使用されており、制限的であることは意図されていない。本明細書において使用されるように、「ある（a, ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」といった単数形は、文脈がそうでないことを明白に示していない限り、複数形も含む。「備える（comprises, comprising, including, having）」という用語は包括的なものであり、説明された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を明記しているが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの集合の存在または追加を除外するものではない。本明細書で説明される方法ステップ、プロセス、および動作は、具体的に実行の順番として特定されていない限り、説明または図示される特定の順番での実行を必ず必要とすると解釈されるべきではない。また、追加のまたは代替的なステップを用いてもよいことを理解するべきである。
【００５３】
要素または特徴について他の要素または特徴の「上にある」、他の要素または特徴に「結合されている」、「接続されている」、「連結されている」、「動作可能に接続されている」、または「動作可能に通信している」と言及される場合、それは他の要素または層の直接上にある、他の要素または層に結合されている、接続されている、もしくは連結されていることがある、または、介在する要素もしくは特徴が存在していることがある。対照的に、要素が他の要素または特徴の「直接上にある」、他の要素または層に「直接結合されている」、「直接接続されている」もしくは「直接連結されている」と言及されている場合、介在する要素または層が存在しないことがある。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉も同様に解釈されるべきである（たとえば、「間に」と「直接間に」、「隣接する」と「直接隣接する」など）。本明細書で使用されるように、「および／または」という用語は、関連付けて列挙された要素のうちの１つ以上のいずれかまたは全ての組合せを含む。
【００５４】
第１の、第２の、第３のなどの用語が様々な要素、構成要素、領域、層および／または部分を説明するために本明細書で用いられる場合があるが、これらの要素、構成要素、領域、層、および／または部分は、これらの用語によって制限されるべきではない。これらの用語は、ある要素、構成要素、領域、層、または部分を他の領域、層、または部分と区別するためにのみ使用され得る。「第１の」、「第２の」、および他の数字上の用語などの用語は、本明細書で用いられる場合、文脈によって明確におよび特定的に示されていない限り、順序または順番を示唆するわけではない。したがって、以下で説明する第１の要素、構成要素、領域、層、または部分は、実施形態の例の教示の範囲内で、第２の要素、構成要素、領域、層または部分と呼ぶことができる。
【００５５】
本明細書で説明の目的で、「上部」、「下部」、「右」、「左」、「後方」、「前方」、「垂直」、「水平」などの用語およびそれらの派生語は、図面で向けられているような発明に関連するものとする。しかしながら、本開示は明らかに逆に規定されている場合を除いて、様々な代替的な方向およびステップ順序を仮定し得る。また、添付の図面で図示される、および、以下の明細書で説明される具体的な装置およびプロセスは、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の概念の例示的な局面であると理解されるべきである。それゆえ、本明細書で開示する局面に関する特定の寸法および他の物理的な特徴は、特許請求の範囲が明らかに他の態様で説明されていない限り、制限的なものであると解釈されるべきではない。
【００５６】
孵卵トレイ（ＩＴ）という用語は、今日の卵内注射機において卵を運ぶために使用される、業界で標準的なトレイまたはエッグフラットを指す。これらは、従来技術で知られているように、公知の行列アレイにおいて１トレイにつき７３または１５０の卵を収容するように規格化されている。孵化トレイ（ＨＴ）という用語は、注射された卵が孵卵器内に配置される前にＩＴから搬送されるトレイを指す。本発明の明細書および特許請求の範囲を通して、卵トレイ、孵卵トレイ、および孵化トレイが言及されるが、当業者によって理解されるであろうように、本発明の機械は、コンベヤ内に作られた卵ポケットを有するコンベヤを組み込むように設計可能であり、システムを通して卵を移動させるためにコンベヤに卵トレイを搭載するのと同じ態様で機能し得る。便宜上、卵トレイ、孵卵トレイ、および孵化トレイという用語は、卵ポケットを有するコンベヤベルトを所定の位置で使用可能であるという理解で使用可能である。グラムについて「ｇ」、ミリリットルについて「ｍｌ」、ミリメートルについて「ｍｍ」、マイクロリットルについてμｌ、マイクロファラッドについてμＦ、ボルトについてＶという略称が使用される。
【００５７】
本開示は、注射器が対象とする卵トレイのポケットに卵が存在する場合にのみ注射器を通じてワクチンおよび他の物質を条件付きで分配するように設計された新規なコンピュータビジョン支援型シーケンサを備える、改良された卵内注射機を提供する。さらに、本明細書で説明するように、コンピュータビジョンシステムによって、トレイ内のどの卵が注射を受けるかを選択する際に、他の基準が使用可能になる。図１および図２を参照すると、卵内注射機１０は、胚を有する鶏卵を運ぶために孵卵トレイ（ＩＴ）８を移動させるための割出し鎖コンベヤ１２を備え、さらに、ＩＴ８内の卵を処理するために、４つの割出し部分を備える。鎖コンベヤ１２は、公知のサーボモータ制御によって割送ることができる。これらの部分の各々におけるＩＴ８の最終的な正確な位置決めは、光学センサの使用によって支援され、従来技術で知られているような締付け空気アクチュエータを用いて実現される。
【００５８】
割出し鎖コンベヤ１２に沿って、以下の４つの処理領域または部分が存在する。第１は、コンベヤ１２の平坦な搭載部１４である。この部分１４によって、第１のオペレータは、１度に１つずつ、コンベヤ割出しシステムと同時にＩＴ８を搭載可能である。次の部分は、デジタルビジュアル検査部１６である。この部分では、各ＩＴ８が、図示されていない、天蓋２０の上部に設けられコンベヤ１２に向かって下を向いているデジタルカメラを用いて調べられて、デジタルカメラによって、天蓋２０においてその下方に設けられたＩＴ８全体にわたって全ての卵の鳥瞰図を撮影可能である。オペレータに情報を提供するために、天蓋２０の外壁に位置するディスプレイ１８があってもよい。このディスプレイ１８は、オペレータが注射されるべき卵の選択を含む、機械１０の機能のいずれかを制御可能なタッチパッドでもよい。第３の部分は、卵持上げ、穿孔、および注射部２２である。この部分で、ＩＴ８内の各卵に、選択的にワクチンまたは他の物質が注射される。卵はＩＴ８からわずかに持上げられ、穴の開いたトレイの動作によって再び平らにされ、個別の電子穿孔機によって穿孔され、穿刺される。卵が穿刺されると、１回分のワクチンまたは他の物質が、多重化ポンプシステムおよび注射針を用いて各卵に供給される。これらは全て、本明細書において以下で説明される。最後の部分は、移送および取出し部２４である。ＩＴ内の卵にワクチンまたは他の物質が注射されると、ＩＴは、平坦な搭載部１４からコンベヤ１２の反対側の移送および取出し部２４に割出される。ここで、卵はＩＴ８から持上げられ、図示しない孵化トレイ（ＨＴ）内に配設されて、第２のオペレータが機械１０から取り出す準備が整う。これらの部分１４、１６、２２、および２４の各々については、本明細書でさらに説明する。
【００５９】
図３Ａで示すように、平坦な搭載部１４は、オペレータがＩＴ８を割出し鎖コンベヤ１２上にスライドさせることができる前面搭載テーブル２６を有する。鎖コンベヤ１２は、サーボモータギアボックスユニット２８によって駆動され、ＩＴ８を、図３Ａおよび図３Ｂに示す、連続処理部内に引き入れる取付け部２７を有する。開始／停止および速度選択のためのサーボモータギアボックスユニット２８のデジタル制御は、図示しない、従来技術で公知の主プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）によって行われる。図３Ｃは、平坦な搭載部１４およびその構成要素の代替図である。
【００６０】
図４は、デジタルビジュアル検査部１６を示す図である。この部分では、天蓋２０は、コンベヤ１２の上に位置しており、ＩＴ８がこの部分内に位置するとＩＴ８を覆う。天蓋２０は壁を有しており、これらの壁は、コンベヤ１２から離れてこの上方に間隔をあけて設けられており、コンベヤ１２上で天蓋２０の下を通過させる。理解しやすくするため、天蓋２０は、その特徴の説明を助けるために明らかに示されている。しかしながら、実際には、不透明なまたは中実の壁パネルおよび上部パネルを有することが好ましい。不透明なまたは中実の壁パネルおよび上部パネルを有することによって、天蓋２０内の光源をより正確に制御して、天蓋２０の上部に搭載されたデジタルカメラによって、卵をより好適に検出可能になる。天蓋２０の上部の内側において、図４では示されていないデジタルカメラが下を向いて中心に置かれているため、天蓋２０内で検査のために提示されるＩＴ８のフラットな静止画および／またはビデオストリームを撮影可能である。天蓋２０の外壁はディスプレイ１８を含み、これは説明されるように、情報をオペレータに提示しオペレータの入力を可能にするために、タッチパネルでもよい。図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃに移行すると、この部分１６と関連付けられたシステム構成要素は、天蓋２０の上部パネルに搭載され下を向くデジタルカメラ３０を含む。また、この部分１６は、デジタル画像の撮影および分析のための、ならびに、光源の制御のためのシングルボードコンピュータ３２と関連付けられる。そのようなシングルボードコンピュータ３２は従来技術で知られており、その例としてＲａｓｐｂｅｒｒｙ  Ｐｉ  ３、Ｂｅａｇｌｅ  ｂｏｎｅ、ＮＶＩＤＩＡ   ＴＸ１、またはＮＶＩＤＩＡ  ＴＸ２が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらのシングルボードコンピュータ３２の例が、図５Ｂおよび図５Ｃに示されている。天蓋２０はさらに、デジタル撮像プロセス中に天蓋２０の内部を照射するための発光ダイオード（ＬＥＤ）または赤外光など、図示されていない光源を含む。シングルボードコンピュータ３２には、リナックス（登録商標）オペレーティングシステムおよびＯｐｅｎＣＶとして知られるオープンソースコンピュータビジョンパッケージなどのリアルタイムコンピュータデジタル撮像向けのプログラミング機能のライブラリをロード可能である。デジタルカメラ３０は、たとえば、静止画を撮像可能な１９２０×１０８０画素の解像度を有し、毎秒３０フレームのビデオ画像のストリーミングを行うＳｏｎｙ  ＩＭＸ２１９  Ｃｏｌｏｒ  ＣＭＯＳ  ８−ｍｅｇａｐｉｘｅｌでもよい。
【００６１】
視覚検出システムを有するシングルボードコンピュータ３２は、視覚分析シーケンスまたはアルゴリズムのためのトリガとして機能するデジタル信号によって起動される。デジタル信号は、鎖コンベヤ１２にわたるＩＴ８の割出しも行う主ＰＬＣマシンコントローラから到達する。アルゴリズムは、複数の機能を行う。これらの機能は、カメラ３０の下に位置するＩＴ８の色でデジタル画像を撮像すること、デジタル画像をグレースケールに変換すること、閾値フィルタなどの任意の必要なフィルタリングを応用すること、および、ボケ効果を応用して、輪郭ライブラリを助けてデジタル画像に存在する円および楕円を探し定量化することを含む。これにより、デジタルビジュアル検査部１６は、本明細書でさらに説明するように、ＩＴ８内の全ての卵の場所のバイナリマップの生成、卵のサイズの計測、および卵の相対的な方向付けの判定を行うことができる。
【００６２】
図６Ａを参照すると、図示および説明の目的で、ＩＴ８の小さな部分について撮像されたデジタル画像が表示されている。図６Ａの画像は２つの卵３４および３６の上からの図を示し、位置の分析の一部は、単純円検出アルゴリズムを使用している。このシステムは、検出された卵３４および３６に最も適合する円の輪郭４０の中心で重ね合わされた小さな正方形３８のＸおよびＹ座標を検出する。図６Ａ内の２つの卵に関してディスプレイ１８に示された印字出力３９は、検出された画像の各々に最も適合する円のＸおよびＹ座標ならびに直径を提供する。図６Ｂにおいて、同じ卵３４および３６に関して使用されるアルゴリズムは、画像の楕円の分析およびフィッティングに基づいており、検出された各卵について、さらに情報を提供する。それによって、ＸおよびＹ座標だけでなく、卵が有し得る任意の傾斜に関する情報を提供する垂直線に対する卵の向きの分析である第２の軸も判定される。図６Ｂの２つの卵に関してディスプレイ１８に示される印字出力４１は、ＸおよびＹ座標、検出された画像に最も適合する楕円４２の形状、および垂直線に対する卵の向きを提供する。楕円分析によってさらに情報が提供され、適合する楕円４２が画像において卵３４および３６の実際の形状にさらに一致することが分かる。この情報から、ＩＴ８上に存在する卵、それらの場所、それらの直径サイズおよびそれらの相対垂直性が判定される。完全に垂直方向を向いた卵は、上からは円のように見える一方で、部分的に傾斜した卵は、上から楕円のように見える。デジタルカメラ３０によって撮像された画像は、タッチスクリーンのこともあるディスプレイ１８上でリアルタイムでオペレータが利用可能であり、オペレータは、卵の画像の近接性について述べることによって、卵が機械１０の次の部分においてワクチンまたは他の任意の注射材料で処理されることが望まれる、または望まれないかを示すことができる。たとえばパイソンなどのプログラミング言語に翻訳されたマッピングアルゴリズムは、デジタルカメラ３０による卵存在検出および画像処理の自動アルゴリズムを考慮して、ならびにオペレータ入力を考慮して、ワクチン接種されるべき卵のデジタルマップを生成する。同じシングルボードコンピュータ３２は、ワクチン接種に好適な卵を検出するために展開されるニューラルネットワークを実行する。ニューラルネットワークの訓練は、機械の外部のコンピュータにおいてあらかじめ行われる。技術が進歩するにつれて将来達成されるであろうより好適な訓練は、機械のアップデートのために展開可能である。「良」および「不良」卵の画像の集合は、アルゴリズムに利用可能であって、検出された画像と比較し、深層学習および人工知能のプロセスにおいて卵を識別する。
【００６３】
図７は、ＩＴ８におけるリアルタイム卵検出およびデジタル出力ベクトルの例と共に、シングルボードコンピュータ３２からの映像出力のスクリーン表示４３の例を示す図である。図８は、卵のための空間よりも少ない卵を有するＩＴ８の撮像画像４５を示す拡大図の例、および、バイナリマッピングされた出力４４を示す図である。バイナリマップ４４において、１は検出された卵があることであり、０は、検出された卵がないことである。したがって、開示されたシステムにおいて、ＩＴ８全体にマッピングするために１つのデジタル画像４５を使用可能であり、ＩＴ８における各カップのために、個別のセンサを必要としない。
【００６４】
デジタルビジュアル検査部１６の好ましい実現例では、システムは個々にＩＴ８に関する平均として各卵の直径を求め、群れについての累加平均を計算する。累加平均は、公知の群れ年齢の公知の群れに対応する卵を有する多数のＩＴ８を用いて求められる。開示された楕円ベースの検出アルゴリズムによって、システムは、個別の卵がどれだけ傾斜してＩＴ８上に載っているかを判定することが可能になり、任意の卵配列特徴をトリガして、所与のＩＴ８内で卵の再配列を行う。また、デジタルビジュアル検査部１６によって収集される情報は、ＩＴ８内の演算された平均卵サイズに基づいて、針がどれだけ深くＩＴ８内の卵を貫通するべきかを判定するために使用される。
【００６５】
図９は、開示されたシステムで実現可能な人工知能（ＡＩ）４６学習のレベルを示す図である。https://blogs.nvidia.com/blog/2016/07/29/whats-difference-artificial-intelligence-machinelearning-deep-learning-ai/も参照のこと。機械学習４７は、機械１０が経験と共に経時的にそのアルゴリズムを洗練する能力を表す。これには、卵の選択および分類を行うためにディスプレイ１８と相互作用するオペレータによる卵の選択によって部分的に定義可能なように、「良」対「不良」卵の保管されたデータベースが含まれる。機械１０は、選択基準のデータベースを生成し、これらを新しいＩＴの卵に合わせることによって、アルゴリズムを改良し、それによって、新しい選択基準を学習し卵を選別する能力をさらに改良することが可能である。ニューラルネットワーク４８：ＡＩ４６技術のファミリーの中で、ニューラルネットワーク４８は、公知の分類を用いた例の収集が増大するにつれて、時間の経過と共に異なる特徴および特性を学習可能な、アルゴリズムの構造およびこれらのアルゴリズム間の接続であり、ＡＩ４６は、画像について分類または予測を行うためにこれらの学習を用いることができる。ディープラーニング４９：ニューラルネットワーク４８の多くのレイヤを含み、通常、画像のオブジェクト検出のために使用される。深層学習アルゴリズムを実行しているデジタルビジュアル検査ステーション１６は、ワクチン接種に向いていないと示された卵に関してオペレータの入力を記憶し、この情報を用いて、将来のワクチン接種シーケンス／マッピングに関する識別基準としてこれらを含むように、時間の経過と共にデジタルビジュアル検査ステーション１６のシステム画像収集を次第に学習させる。最終的に、ニューラルネットワークによって使用されるべき画像の集合は、大きすぎる卵、小さすぎる卵、傾斜しすぎる卵、割れた殻を有する卵、外部配管の痕跡を有する卵、機械または手で印を付けられた卵、およびワクチン接種を避けるべき他の対象のあらかじめロードされた画像を含み得る。
【００６６】
最終的なデジタル出力は、シングルボードコンピュータ３２のシリアル出力ポートを通って、図示しない、多重化ワクチン供給システム上のデジタルコントローラに送信されるバイナリベクトルに翻訳される。また、ビジョンシステムの結果の表示は、オペレータ／ユーザのフィードバックについて、機械１０のタッチスクリーン表示１８上に示すことができる。
【００６７】
説明したように、第３の部分は、卵持上げ、穿孔、および注射部２２である（図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１１を参照）。この部分において、ＩＴ８内の各卵には、選択的にワクチンまたは他の物質が注射される。この部分２２の主構成要素は、穴の開いたレベリングプレート５０、卵持上げプレート６４およびプランジャ、複数の電磁加速スライドハンマー１３０、針プレート５４および複数の注射針１２０、穿刺深さを制御する深さ制御システム、および、多重化ワクチン供給システムを含む。この部分において、次の動作が順に発生する。まず、従来技術で公知のように、穴の開いたレベリングプレート５０がＩＴ８の上に下がっていって、卵とＩＴ８とを固定する。レベリングプレート５０は、ＩＴ８上に提示される卵パターンに一致するパターンで直径が約３２ｍｍの打抜き穴５２を有する。プレート５０は、プレート５０の下面が垂直方向に最も大きなサイズの卵の約１／４インチ上に位置するように、ＩＴ８を所定の位置に固定する態様で下げられる。本明細書で説明するように、複数の卵持上げ器が対応付けられた卵プランジャを作動させると、全ての卵が対応する打抜き穴５２と係合するように移動して、卵の全ての最上部を、まさしく一定の高さに配置する。卵は上昇するにつれて、それら自体と共に穿孔機アセンブリ１００をずらして、ハンマーで打たれる準備が整うことになる。
【００６８】
図１１に示す卵持上げアセンブリ６０は、卵をＩＴ８から持上げ、レベリングプレート５０の打抜き穴５２内の卵殻の最上部の高さを合わせる。理解しやすいように、少数の卵持上げ器６２のみを、アセンブリ６０内の複数の卵持上げ器ガイド６６および卵持上げ板６４に沿って示す。卵持上げアセンブリ６０は、プランジャ板７０、プランジャガイド６６、そして最後に卵持上げ器６２の相互の垂直方向移動のための空気圧式アクチュエータ６８を含む。卵持上げ器６２は、プランジャガイド６６が装填されたばねであるため、卵を穴の開いたレベリングプレート５０に押し付け、卵サイズの相違を補償可能である。ばねの圧縮率は、卵および卵プランジャの重量に打ち勝つだけでよい。なぜなら、ばねの機能は、穴の開いた板５０に対して卵を保持し、卵穿孔動作に影響を及ぼさないことだからである。
【００６９】
卵穿孔機１２４は、穿孔機上部本体８０、穿孔機下部本体８２、穿孔機緩衝器８４、コイル８６およびコイルホルダ８８、光学センサを収容する光学センサホルダ９０、穿孔機アセンブリ、電磁スライドハンマー、針、および穿孔機電子制御モジュールという構成要素で構成されている。これらの構成要素は、以下で説明され、図１２〜図２３に示されている。図１２は、穿孔機上部本体８０の模式図である。図１３は、穿孔機下部本体８２の模式図である。図１４は、穿孔機緩衝器８４の模式図である。図１５Ａは、本開示に係るワイヤコイル８６およびコイルホルダ８８の上面図であり、図１５Ｂはそれらの側面図である。コイル８６は、銅ワイヤコイル、たとえば、２１ＡＷＧワイヤである。コイルホルダ８８は、電磁場に対して中性の材料、たとえばプラスチックで形成されている。好ましくは、ワイヤコイル８６は、１８ｍｍのコイル内径、４６ｍｍのコイル外径、および１５ｍｍのコイル長さを有する。好ましくは、約１００グラムの銅重量につき２６０巻の２１ＡＷＧワイヤを含み、１．３オームのインピーダンスを有する。図１６は、図示しない光学センサを収容する光学センサホルダ９０の模式図である。このホルダ９０は、光学センサの双方の構成要素、図示しないエミッタおよびレシーバを収容するための空洞９４を有する。ホルダ９０の円形穴９２は、光ビームをエミッタからレシーバに進ませ、センサ出力は、不透明の本体がエミッタとレシーバとの間でこの穴９２を通過する際に、スイッチオンおよびオフする。
【００７０】
図１７は、本開示に係る穿孔機アセンブリ１００を示す図である。穿孔機アセンブリ１００は、注射針１２０が自由にその内部を移動可能なチャネルを有する。穿孔機アセンブリ１００は、穿孔機短尺部分１０２、穿孔機本体１０４、および穿孔機長尺部分１０６から構成される、圧入または溶接可能な３ピースアセンブリである。穿孔機本体１０４は、卵の注射時にハンマー−１３０から衝撃を受ける。図１８は、上側部分に針コネクタ１２２を有する注射針１２０を、および、下側部分に電磁スライドハンマー１３０が搭載された穿孔機アセンブリ１００を示す。図１９は、穿孔機アセンブリ１００内に搭載された注射針１２０およびスライドハンマー１３０を示す。
【００７１】
図２０は、電磁スライドハンマー１３０の模式図である。ハンマー１３０は、卵穿孔システムの重要な機械的な構成要素である。好ましくは、ハンマー１３０は鋼、中低炭素鋼であるＣ１０１８から形成される。その材料組成は９８重量％を超えて鉄を多く含んでおり、コイル８６によって生じる電磁加速力によって、ハンマー１３０を容易に動かす。ハンマー１３０の質量は、ちょうど４８グラムである。スライドハンマー１３０の最終速度およびその重量は、穿孔機本体１０４上に伝えられる衝撃によって、穿孔機アセンブリ１００が卵にひびを入れることなく卵殻に穴を形成できるようになっている。電磁加速によって得られるハンマーの勢いは、ほんの一瞬存在する衝撃力に変換され、きわめて速い。これは、ｍがハンマーの質量であり、Ｖｆが最終速度であり、Ｖｉが初速であり、Ｆが力であり、ｄｔが時間差である場合、式 ｍ（Ｖｆ−Ｖｉ）＝Ｆ．ｄｔによって示される。衝撃は、はずみの変化の結果生じるものである。図２１〜図２３は、組立ての様々な段階の卵穿孔機１２４およびその構成要素を示す図である。図２１は、完全に組立てられた卵穿孔機１２４を示す図である一方で、図２２は、上部本体８０、下部本体８２、緩衝器８４、および光学センサホルダ９０を含む卵穿孔機１２４の外側構造構成要素を示す図である。最後に、図２３は、ハンマー１３０と注射針２０と共に穿孔機アセンブリ１００およびその３つの部分を含む内部構成要素、ならびに、これらが、ハンマー１３０がコイル８６の起動／停止に応じて穿孔機長尺部分１０６を自由に上下にスライド可能な状態で卵穿孔機１２４に配置されている態様を示す図である。
【００７２】
ひびのない卵を穿孔しないための最適なパラメータの判定は、図２４Ａに示す装置を使用して一連のステップで行われた。ステップ１は、卵に正確に穴が開けられるように、卵穿孔機の上に所与の質量を落下させるために必要な高さの経験に基づく判定である。知られているように、ｍが質量、ｈが高さ、ｇが重力場力である場合、高さｈでの質量ｍの物体の重力位置エネルギーＥｐは、公式Ｅｐ＝ｍｇｈで与えられる。長さが異なる複数の管１３２を使用して、落下試験が行われた。卵殻穿穴の質および一貫性を観察した。卵にひびを入れずに穿孔した場合の一貫性の結果は、約０．７メートル／秒から始まる速度で得られた。ハンマー速度の計算およびグラフを、図２４Ｂに示す。
【００７３】
実験データは、マイクロ秒で光学センサの連結によってハンマーが通過する間の時間の測定値であった。計算された値は、重力位置エネルギーが運動エネルギーに変化するエネルギー保存を考慮したものである。式は、ｍｇｈ＝１／２ｍ（Ｖｆ）２である。
【００７４】
図２５は、本開示のハンマーシーケンスの間に起こっていることを模式的に示す図である。コイル８６は、ハンマー１３０を下降位置から上方に加速し、ハンマー１３０は、通電されたコイル８６の中央に位置しようとする。そこで、コイル８６は、ハンマー１３０を上方に加速し、その後、下向きの下降において加速する。穿孔機アセンブリ１００は、卵穿孔機１２４内で浮いている。ハンマー１３０は、起動されると穿孔機本体１０４にぶつかるだけであるため、機械装置全体が従来技術のシステムよりも頑健でなくなることがある。ハンマー１３０は電磁スライドハンマー１３０であるため、その動作は、コイル８６を制御することによって変調可能である。ハンマー１３０を起動させるために、コイル８６を通してパルスを発射し、これによって、ハンマー１３０が上方に引っ張られ、穿孔機アセンブリ１００の長尺部分１０６が上方に上がり、パルスは停止され、ハンマー１３０は上方に移動し続けるが、引力はその後上方への移動の速度を低減させ、ハンマー１３０を下方に落とす。ハンマー１３０は、落下する際にホルダ９０の光学センサに達し、コイル８６を通じて送られた他のパルスが存在し、これによって、ハンマー１３０はさらに下方に加速して穿孔機本体１０４に当たる。パルスはミリ秒台ときわめて短いが、５０〜８０アンペアと高いアンペアである。そのため、高電流の狭いウインドウパルスである。これを促進するため、各卵穿孔機１２４は図示しないキャパシタと関連付けられて、コイル８６を通電する。部分２２における複数の卵穿孔機１２４は、主ＰＬＣからの１つのデジタル信号で同時に穿孔するようにトリガされる。キャパシタは、ＩＴ８が機械１０内を移動すると充電も行い、短い時間枠できわめて高い電流を許可し、その後、所与のＩＴ８についてのプロセスの残りの間、各キャパシタは、７〜９秒の間、最大でわずか０．０８アンペアを使用することによって再充電する。
【００７５】
第２の改良ステップにおいて、最終的な速度検出に関するセットアップの実現は、速度測定値を稼動している穿孔機のプロトタイプに再現可能になるように、穿孔機の製造に用いられるものと同じハンマー材料および管を用いて実施および確認された。電磁コイル８６およびハンマー加速器は、以前のステップで適切と認められた速度に等しい速度またはそれより速い速度で質量ｍの持上げおよび落下を行うためのセットアップであるが、今では、質量がより低い位置から始まる状態で、短い管でこれを達成するように最適化されている。最終速度は、約２．０ｍ／ｓに設定された。
【００７６】
図２６は、注射針アセンブリをより詳細に示す図である。好ましくは、注射針アセンブリは１９ｇａの注射針１２０であり、それを供給ポンプに接続するためのバーブ継手１２６を含み、それを針板５４に接続させるようにねじ切り１２８されている。図２７Ａおよび図２７Ｂは、卵穿孔機１２４の電子制御モジュール１４０の部分を示す図である。穿孔機１２４の電子制御モジュール１４０は、各コイル８６と関連付けられた、好ましくは各々の１０，０００μＦ、３５Ｖのキャパシタの充電および放電を処理する。キャパシタの充電は、約７〜９秒の期間に起こる。全てのキャパシタの放電は、ＰＬＣ制御からの外部２４ボルト信号によってトリガされる。マイクロコントローラは、卵穿孔機１２４上のホルダ９０の光学センサを乗り越えることが可能になるぐらいの態様でハンマー１３０がまず上方に加速されるように、コイル８６を通じてキャパシタの充電と放電とを調節する。キャパシタの放電は、コイル８６の電磁力による減速に損なわれることなく、ハンマー１３０が上昇し続けて運動エネルギーを重力位置エネルギーに変換できるようにすることであると解釈される。ハンマー１３０が重力加速度によって助けられて戻ると、かつ、光学センサがハンマー１３０の下側縁部を検出すると、コントローラは再びコイル８６を通電して、今度はハンマー１３０をさらに加速して、今度は下降して、効果的でひびのない卵殻穿孔関する目標速度に達する。ハンマー１３０が穿孔機本体１０４に到達するまでに、ハンマー１３０の最終速度は、ハンマー１３０が７インチの高さから落下されると重力の影響のみによって達するであろう速度に等しくなる。穿孔機アセンブリ１００は、上述のように、電子制御スライドハンマーを構成する。上述のセットアップは、予測可能なデジタル制御で衝突するために自立型の相補的なアクチュエータとしても説明可能である。予測可能な制御は、外部の反力を生じず、構造的な支持物を必要としない、衝撃試験に対するまたは「落下試験」の再現に対する抵抗の分野での応用のような、異なる応用に関してスケーラブルである。
【００７７】
図２８は、図面を分かりやすくするために１つの卵穿孔機１２４のみを示す。卵穿孔機１２４によって卵に穴が開けられると、複数の注射針１２０を保持している針板５４は、下降してＩＴ８内の識別された卵の全てに対して同時に針穿刺を行う。針板５４を下降するアクチュエータは、サーボ制御されて、平均卵サイズによって決まる、または、ＩＴ８内で提示された卵についての群れの年齢によって間接的に決まる目標距離だけ下降する。
【００７８】
上述のように、機械１０は、１つの弁なし主ポンプ１５０および複数の回転弁１５２から構成される多重化ワクチン／流体供給システムを備える（図２９Ａおよび図２９Ｂを参照）。図２９Ａは弁なし主ポンプ１５０を示す図であり、図２９Ｂは、１０の出力を有する回転弁１５２の例を示す図である。そのため、１つの弁なし主ポンプ１５０は、各々が１０の出力を有する８つの回転弁１５２に供給し、それゆえ、ほぼ同時に８０の針の要求に応じることが可能である。システムによって、８０の針の全容量は、２秒の期間で注射サイクルを経る。
【００７９】
８、１０、１２および１４の出力を有するバルブを考慮して複数のポンプ／バルブの組合せを分析し、７３の卵／トレイを有するＩＴ８の要求に応える機械および１５０の卵／トレイの要求に応える他の機械があることを念頭におくと、異なるフォーマットに応じるモジュラー構成要素を容易に構築するために１０の出力回転弁１５２を選択することが便利である。本発明のシステムの開発中に本発明の発明者によって、２秒で１２の出力サイクルを有することが可能であるとすでに示されており、それゆえ、１サイクルにつき１０の出力を有するシステムを設計することによって、バッファは、機械１０のサイクル時間についての予期せぬ微小な遅れを補償する。
【００８０】
その模式図が図３０に示されるワクチン供給システムモジュール１５４は、主ＰＬＣベース機械コントローラと通信して、かつ、デジタルビジュアル検査ステーション１６と通信して、ＩＴ８内に卵があることを検出する能力を有する。２値情報は、卵があることを数字１で表し、卵がないことを数字０で表す。ＣＭ７３フォーマットの機械１０について、ＩＴ８は７３個の卵しか保持しないため、針プレート５４上には７３個の針のみが必要になる。ワクチン供給システムの１サイクルは、ＩＴ８内の可能な最大卵個数である７３個にワクチン接種を行うよりも十分多い、８０個の卵に十分な容量を有している。したがって、ワクチン供給システムの７つの出力は、空にされる／隠される必要があり、システムは、これらをＸとみなす。本開示に係るワクチン供給システムモジュール１５４の模式図について、図３０を参照する。図３０は、図を見やすくするために４つの回転弁１５２の接続のみを示し、８つの構成要素全ては示していない。２値情報は、８つの個々のＰＣＢコントローラに分布されて選択的なワクチン接種を行い、提供された情報は、所与の回転弁について、１１１１０１１１１Ｘと示される。ｎ＝１、２、３・・・８であるモジュール方式の「ＰＣＢコントローラｎ」の各々が対応する９または１０の針についてワクチン供給サイクルを終了すると、主ＰＣＢコントローラは、「サイクル終了」状態をＰＬＣベースの機械制御に渡して、次の卵の集合を針板５４の下に設けて新しい注射サイクルを開始する。図３１を参照する。注射サイクル中は、弁なし主ポンプ１５０は連続動作する一方で、回転弁１５２は、断続的に回転して、それら自体を数「１」の印を有する次の出力ポートに再位置決めする。図３２のグラフ画像を参照する。回転弁は、注射針１２０の下に卵がないため、バイナリマップにおいて０と印されたポートを飛ばして進み、注射針１２０がないため、Ｘと印されたポートを飛ばして進む。図３３は、ワクチン供給システムモジュール１５４のコントローラの他の部分を示す図である。
【００８１】
機械１０の全体制御アーキテクチャ１５６の模式図を図３４に示す。全体制御アーキテクチャ１５６は、図示するように、複数のモジュールを備える。
【００８２】
最終的なステーションで、卵は、ＩＴ８から図示しない孵化トレイに運ばれる。これは、吸引カップおよび他の卵把持装置などの公知の移送機構のいずれかを使用して実現可能である。また、機械１０は、デジタルビジュアル検査ステーションにおいて得られた情報を使用して卵を選択的に持上げることが可能であり、ワクチン接種が行われた卵だけを移送する。
【００８３】
また、本発明の機械１０は、図３５に示すように、新規な卵把持装置１６０と卵穿孔機１２４との組合せである装置を含む。卵把持装置１６０は卵を持上げ、卵には、ＩＴ８からＨＴに移送される際に卵穿孔機１２４によってワクチン接種が行われる。図３５に示していないが、この把持、ワクチン接種、および移送は、卵把持装置１６０および卵穿孔機１２４を制御するためにロボットアームを用いて遂行される。卵把持装置１６０の部分は、図３６にさらに示され、スロット１６４によって分離されたジグザグリブ１６２の連続構造物を含む。ジグザグリブ１６２は、１つの連続した構造で上下に周囲でジグザグして、卵の上で押され殻を破らずに卵を持上げしっかり保持する際にその直径を広げることが可能なばねのような特徴を有している。図３７に示すように、卵把持装置１６０は、卵排出装置１６６と組み合わされ、この組合せによって、卵の持上げおよびＨＴへの移送が可能になる。
【００８４】
図３８Ａ〜図３８Ｆは、本開示に係るキャパシタおよびその充電の様々な局面を示す図である。コイル８６と関連付けて使用されるキャパシタがある。これらには、図３８Ａのキャパシタ充電仕様、図３８Ｂのタイムチャートの例、図３８Ｃの２４Ｖの供給に関する放電観察、図３８Ｄの２０Ｖの供給に関する放電観察、図３８Ｅの１８Ｖの供給に関する放電観察、および、図３８Ｆの１６Ｖの供給に関する放電観察が含まれる。図３９は、穿孔機モジュール１７０の模式図である。図４０は、本開示に係る卵穿孔機の回路構成の模式図である。
【００８５】
本開示に係るシステムに含まれ得る光学特徴は、１）暗室でのデジタルビジュアル検査部１６の動作に関する暗視デジタルカメラ、２）デジタルビジュアル検査部１６における卵トレイの各ポケット内での個別の卵傾斜の判定、および３）検査後のＩＴ８での選択的な卵配列という他の特徴のうちの１つまたは複数である。
【００８６】
上述の開示は、関連する法的基準に準拠して記載されているため、その記載は、実際は限定的というよりは例示的なものである。開示された実施の形態の変形及び変更は、当業者にとって自明であり得、本開示の範囲に含まれ得る。それゆえ、本開示が提供する法的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することによってのみ定めることができる。
【００８７】
実施形態の上述の説明は、図示および説明の目的でなされたものであり、網羅的であることを意図したものでもなければ、本開示を制限することを意図したものでもない。特定の実施形態の個別の要素または特徴は、一般に当該特定の実施形態に限定されるわけではなく、該当する場合には、互換性があり、詳細に図示または説明されていなくても、選択された実施形態において使用可能である。同様のことが多くの態様で異なり得る。そのような変形は、開示からの逸脱とみなされるべきではなく、そのような修正は全て、開示の範囲内に含まれることが意図されている。
【００８８】
本開示が完全になるように実施形態の例が提供されており、当業者にそれらの範囲を十分伝えられる。本開示の実施形態の完全な理解を提供するために、具体的な構成要素、装置、および方法の例などの多数の具体的な詳細が説明される。具体的な詳細を用いる必要がないこと、実施形態の例が複数の異なる形式で実現可能であること、および、いずれも本開示の範囲を制限すると解釈されるべきではないことは当業者に明らかである。複数の実施形態の例では、公知のプロセス、公知の装置構造、および公知の技術について詳細に説明していない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３８Ｃ】
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【図３８Ｄ】
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【図３８Ｅ】
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【図３８Ｆ】
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【図３９】
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【図４０】
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