基于Pro_E的圆孔拉刀智能CAD系统研究与开发
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开发工具 Ｐｒｏ／Ｔｏｏｌｋｉｔ 开发圆孔拉刀智能 ＣＡＤ 系统。文中主要就拉刀设计参数选择用的正向 推理产生式系统以及拉刀三维建模技术等问题进行了探讨。应用表明：在圆孔拉刀 Ｃ Ａ Ｄ 系统 中引入智能推理技术，有利于合理选择拉刀设计参数，保证拉刀设计质量；引入三维建模技术 有利于实现拉刀 Ｃ Ａ Ｄ ／ Ｃ Ａ Ｅ ／ Ｃ Ａ Ｍ 集成。 关键词：圆孔拉刀； 智能 ＣＡＤ 系统； 正向推理产生式系统； 三维建模技术 中图分类号：ＴＨ１２２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９－０１３４（２００９）０８－０１７６－０３
图 ４ 推理机推理过程流程图 【１７８】 第 ３１ 卷 第 ８ 期 ２００９－０８
５ 三维建模技术
在Ｐｒｏ／Ｅ环境下，要实现三维模型自动生成有两 种方法：一种是根据特征元素树创建三维模型，产 品模型完全依靠 Ｐｒｏ／Ｔｏｏｌｋｉｔ 应用程序来生成，但是 Ｐｒｏ／Ｔｏｏｌｋｉｔ 应用程序并不能创建 Ｐｒｏ／Ｅ 的全部特 征，比如 Ｓｗｅｅｐ（扫描）等高级特征，因此对于包含 有高级特征பைடு நூலகம்形状复杂的产品造型，这种三维建模 方法就无能为力了；另一种是利用参数化模型创建 三维模型，其工作过程如图 ５ 所示，这种方法主要 应用于模型几何形状基本相同，只是参数值不同的 产品建模，拉刀的结构正好符合这一点，因此本系 统这种方法创建拉刀的三维模型。利用参数化模型 创建三维模型的需要解决好两个问题：如何创建 一个合理的参数化模型；如何获取模型参数并修改 参数值。
实例管理模块主要完成对圆孔拉刀实例的添 加、删除、查询等工作。对添加实例分为两种情况： 对于已经设计完成的圆孔拉刀实例，需要人工将其 添加到实例库；对于将新设计的圆孔拉刀实例，系 统会自动提示设计者是否将其加入实例库。
４ 知识库及正向推理产生式系统
知识库存储用于参数选择用的专家经验知识。 对于拉刀设计过程中的经验知识主要根据一些变量 的值确定另一些变量的值，即：经验知识 ＝ 规则（描 述事实之间因果关系）。用规则来表示知识正是产生 式知识表示方法的特点。采用如图 ３ 所示的正向推 理产生式系统解决需要专家经验和知识才能够得到 满意结果的问题。构建正向推理产生式系统的关键 是构建规则库和推理机［４］。
表１ 圆孔拉刀原始条件表
表２ 圆孔拉刀结构参数表
表３ 圆孔拉刀实例表
图 １ 圆孔拉刀 ＣＡＤ 系统总体结构
２ 数据库解决方案
圆孔拉刀 ＣＡＤ 系统的数据库解决方案主要考 虑两个方面的问题：一是底层数据库系统选择；二 是应用程序的数据库访问技术选择。在本系统中， 考虑到远程访问及数据共享，选择 ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ２０００ 作为底层数据库系统。考虑到系统开发工具为Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋６．０，采用ＶＣ＋＋提供的ＡＤＯ技术作为数据库访 问技术。圆孔拉刀 ＣＡＤ 系统的数据库解决方案，如 图 ２ 所示。
基于 Ｐｒｏ／Ｅ 的圆孔拉刀智能 ＣＡＤ 系统研究与开发
Research and development for intelligent cad system of round broach based on Pro/E 廖映华
ＬＩＡＯ Ｙｉｎｇ－ｈｕａ
（四川理工学院 机械学院 过程装备与控制工程四川省高校重点实验室，自贡 ６４３０００） 摘 要：采用 ＶＣ＋＋ 作为编程工具、ＳＱＬ Ｓｅｖｅｒ２０００ 作为底层数据库数据库系统以及 Ｐｒｏ／Ｅ 的二次
图 ５ 利用参数化模型创建三维模型的工作过程
创建参数化模型的一般方法及步骤：首先根据 模型特点确定创建模型需要哪些参数及它们之间的 关系，然后根据确定的参数建立参数化模型。
在Ｐｒｏ／Ｅ环境下，模型参数的获取和修改的方法 有三种：１）利用族表；２）直接选择工具 ／ 参数菜单 项，通过对话框来获取和修改参数；３）利用 Ｐｒｏ／
参考文献：
［１］ 杨国军，崔平远．一种神经网络方法在机械手控制中的应 用［Ｊ］．电机与控制学报，２０００，４（３）：１７９－１８７．
［２］ 王雪松，许世范，郝继飞．ＭＯＴＯＭＡＮ 机械手逆运动学方程 新的推导方法及求解［Ｊ］．中国矿业大学学报，２００１，３０（１）：７３－ ８６．
［３］ 王奇志，徐心和，尹朝万．ＰＵＭＡ 机械手逆运动方程新的推 导方法及求解［Ｊ］．机器人，１９９８，２０ （２）：８１－８７．
６ 结论
已知工件直径 ｍ ｍ ，长度为
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通过上面的比较，可以直观地看出采用代数算 法可以实现样本空间的精确映射，训练后的网络具 有很好的泛化能力。此处训练数据代价函数之所 以不等于 ０，主要是由于数据计算和存储格式造成 的［１３］，但是从代价函数小数点位数来说完全可以近 似为 ０， 可以说实现了样本点的精确映射。
早期的拉刀 ＣＡＤ 系统［２］，主要研究拉刀设计计 算和绘图的自动化。设计时，操作者只需输入相应 的原始设计参数，系统既可在后台完成设计参数计 算、图纸自动生成的整个过程，从而可有效缩短设 计周期，提高设计精度，实现拉刀设计的自动化。但 是由于在拉刀设计计算中有些参数在一个范围内取 值，需凭借设计人员丰富的设计经验与知识，才能 得到较为满意的效果，因此这些拉刀ＣＡＤ系统设计 出来的拉刀质量并不高。随着人工智能技术和三维 建模技术的发展，使得拉刀 ＣＡＤ 系统的智能化、拉 刀三维参数化建模［３］及拉刀ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ集成化 成为了目前研究的热点。本文就在Ｐｒｏ／Ｅ平台下开发 圆孔拉刀智能 ＣＡＤ 系统进行一些探索。
Ｔｏｏｌｋｉｔ 应用程序检索出模型参数并 进行参数值的修改［５］。本系统采用 的是最后一种方法，这种方法需要 用到 Ｐｒｏ／Ｔｏｏｌｋｉｔ 提供的两个函数： ＰｒｏＰａｒａｍｅｔｅｒＩｎｉｔ（）和 ＰｒｏＰａｒａｍｅｔｅｒＶａｌｕｅＧｅｔ（）。参数修改 时，首先调用ＰｒｏＰａｒａｍｅｔｅｒＩｎｉｔ（）函数 获取已知参数名的参数对象指针， 然后通过已知参数对象指针，调用 ＰｒｏＰａｒａｍｅｔｅｒＶａｌｕｅＧｅｔ（）函数得到 ＰｒｏＰａｒａｍｖａｌｕｅ 结构对象；最后从数 据库中查出参数值，并利用 ＰｒｏＰａｒａｍｖａｌｕｅ 的成员函数对参数值 进行修改。
（４）图形处理模块 该模块利用 Ｐｒｏ／Ｔｏｏｌｋｉｔ 和 Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋ 混合编程技术对 Ｐｒｏ／Ｅ 进行二次开发获
收稿日期：２００９－０４－２０ 基金项目：四川理工学院院内科研项目《基于三维特征模型的复杂刀具 ＣＡＤ 系统的研究与开发》（２００６ＺＲ０１１） 作者简介：廖映华（１ ９ ７ ６ －），男，四川宜宾人，讲师，工学硕士，主要研究方向为 ＣＡＤ／ＣＡＭ、机电液控制。
第 ３１ 卷 第 ８ 期 ２００９－０８ 【１７７】
表５ 规则结论表
表６ 规则体表
推理机由一组程序构成，用来控制整个产生式 系统运行，在已知事实的基础上，选择合适的规则 实现对问题的求解。本系统中使用的推理机的推理 过程如图 ４ 所示：
１） 用已知事实初始化综合数据库。 ２）从规则库中取第一条规则。 ３）检查其前提是否与综合数据库中的事实匹 配，若匹配，则执行该规则；若不匹配，转 ５。 ４）检查规则结论是否在目标数据库中，若是， 则规则结论即为求解结果；若不是，则将结论作为 新的事实加入综合数据库，转 ５。 ５）检查是否为最后一条规则，若是，则要求用 户增加已知事实，转 ２；若不是，则取下一条规则， 转 ３。
［４］ ＣＨＥＮ Ｈｕａ，ＣＨＥＮ Ｗｅｉ－ｓｈａｎ，ＸＩＥ Ｔａｏ．Ｗａｖｅｌｅｔ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｏｌ－
ｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｓｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｒｏｂｏｔｉｃ ｍａｎｉｐｕ－ ｌａｔｏｒ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ＳＣＩＥＮＣＥ Ａ，２００６，７ （４）：５２５－５２９． ［５］ 汪木兰，徐开芸，饶华球，张思弟．基于改进型 ＢＰ 神经网络 多关节机器人逆向运动学求解 ［Ｊ］．南京航空航天大学学 报， ２００６，３８ （７）：８３－８７． ［６］ 张培艳，吕恬生，宋立博．基于径向基函数网络的ＭＯＴＯＭＡＮ 机械手运动学逆解［Ｊ］．机械科学与技术，２００４，２３（５）：５２３－ ５２５． ［７］ 荣盘祥，杨晶，胡林果，马广富．基于 ＲＢＦ 网络的 ＳＣＡＲＡ 机 器人的运动学逆解［Ｊ］．电机与控制学报，２００７，１１（３）：３０３－ ３０５． ［８］ 吴爱国，郝润生．一种改进 ＢＰ 算法在机械手逆运动学中的 应用［Ｊ］．中国工程科学，２００５，７（７）：３４－３８． ［９］ Ｋｅｎ Ｏｎｏｚａｔｏ，Ｙｕｔａｋａ Ｍｅｄａ．Ｌｅａｒｎｉｎｇ ｏｆ Ｉｎｖｅｒｓｅ－ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｖｅｒｓｅ－ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｆｏｒ Ｔｗｏ－ｌｉｎｋ ＳＣＡＲＡ Ｒｏｂｏｔ Ｕｓｉｎｇ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｃ］．ＳＩＣＥ Ａｎｎｕａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００７：１０３１－ １０３４． ［１０］Ｓａｈｉｎ Ｙｉｌｄｉｒｉｍ，Ｉｋｂａｌ Ｅｓｋｉ．Ａ ＱＰ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ Ａｃｃｕｒａｔｅ Ｒｏｂｏｔ Ｐａｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６， （２０）７：９１７－９２８． ［１１］张代远．神经网络新理论与算法．清华大学出版社，２００６． ［１２］张代远．零代价函数的前馈神经网络新算法［Ｊ］．计算机工程 与应用，２０００，１０：７９－８０，９６． ［１３］马斌良，黄玉美，刘蜀阳，陈亮．运用神经网络代数算法的陀 螺仪非线性误差补偿［Ｊ］．应用科学学报，２００８，２６（４）：４３６－ ４４０． ［１４］马斌良，黄玉美，等．基于神经网络代数算法的电子罗盘的 标定［Ｊ］．仪器仪表学报，２００８，２９（１１）：２３０４－２３０９．
图 ２ 圆孔拉刀 ＣＡＤ 系统的数据库解决方案
３ 实例库及实例管理
实例库存放和管理不同型号拉刀的设计信息， 以利于重复利用设计成果。根据圆孔拉刀设计方法 及步骤，拉刀实例主要包含三部分的信息：原始条 件、拉刀结构参数、图形信息。原始条件主要指被 加工孔的直径和长度、工件材料、拉床、预制孔加 工方法、切削液等信息；拉刀结构信息主要包括拉 刀材料、拉削方式、工作部分及非工作部分结构信 息以及拉刀技术条件；图形信息主要包括拉刀三维 模型及二维图形文件相关信息。表 １ 为圆孔拉刀原 始条件表，在进行拉刀设计时，根据用户输入的原 始参数条件建立原始条件记录。表 ２ 圆孔拉刀结构
图 ３ 正向推理产生式系统工作原理
规则库（即知识库）由求解问题的一条条规则构 成。每条规则包含三个要件：前提、结论和规则体 （前提和结论之间的关系）。本文采用 ＳＱＬ Ｓｅｖｅｒ２０００ 建立表格来存储规则，则需用三个表格来构建规则 库。表 ４、表 ５、表 ６ 构成拉削方式选用的规则库。
表４ 规则前提表
１ 系统总体目标及功能模块
圆孔拉刀 ＣＡＤ 系统的总体目标为：１） 输入原
始设计参数，系统能够完成圆孔拉刀的设计计算， 并得到圆孔拉刀的结构参数；２）根据圆孔拉刀的结 构参数由参数化建模程序自动生成圆孔拉刀的三维 模型，并得到相应的二维图形；３）对于需要凭借设 计人员丰富的设计经验与知识，才能得到较为满意 的效果的设计参数，建立相应的知识库来完成参数 的智能选择；４）能够对已有的拉刀设计资料进行管 理。根据圆孔拉刀 ＣＡＤ 系统的总体目标，将拉刀 ＣＡＤ 系统划分实例管理、数据库管理、设计计算、 图形处理、帮助系统五大功能模块，如图 １ 所示。
【１７６】 第 ３１ 卷 第 ８ 期 ２００９－０８
得，包括三维参数化建模和二维工程图生成两个部 分。
（５）帮助系统 该模块主要提供拉刀 ＣＡＤ 系统 的使用说明。
参数表，根据设计计算模块的设计计算结果添加拉 刀结构参数记录。表 ３ 为圆孔拉刀实例表，将原始 条件与根据其设计得到的结构参数及图形文件信息 形成一个圆孔拉刀实例。
（１）实例管理模块 该模块主要完成对圆孔拉刀 实例的添加、删除、查询等工作。
（２）数据库管理模块 该模块对知识库和资料库 进行管理。知识库存储用于参数选择用的专家经验 知识，使专家的经验知识能够重复利用。资料库存 储拉刀设计所需的参数表格，以备在拉刀设计时查 询。
（３）设计计算模块。该模块由拉刀设计所需的 应用程序组成，是圆孔拉刀 ＣＡＤ 系统的核心模块， 它直接决定了拉刀的设计质量，本系统中设计计算 模块采用设计理论，拉刀结构参数及拉刀技术条件 均来自参考文献［１］。
０ 引言
拉刀作为一种高效、高精度的多齿复杂刀具， 已被广泛用于各种形状的通孔、槽及简单或复杂形 状的外表面的加工［１］。由于拉刀设计时涉及的参数 多、计算量大、齿形设计繁琐，所以设计周期较长。 并且由于拉刀结构复杂，制造成本较高，如果设计 时出现计算失误，将会造成很大的经济损失。因此， 有必要利用计算机辅助拉刀设计系统。
４ 结论
本文将代数算法神经网络用于机器人逆运动 学，实现了机器人从工作空间到关节空间的非线性 映射，为逆运动学求解提供了一种新算法。本算法 可将复杂的非线性优化问题转化为简单的代数方程 组求解问题，给出了实现精确映射的公式，求解之 前可以确定网络结构参数，可快速准确地获得全局 最优点权值、，训练后的网络具有很好泛化能力。通 过仿真实例展现了此算法的优点。运用此算法无需 漫长的网络训练便可快速地获得高精度解，可以满足 机器人逆运动学求解的高精度要求。
图 ４ 推理机推理过程流程图 【１７８】 第 ３１ 卷 第 ８ 期 ２００９－０８
５ 三维建模技术
在Ｐｒｏ／Ｅ环境下，要实现三维模型自动生成有两 种方法：一种是根据特征元素树创建三维模型，产 品模型完全依靠 Ｐｒｏ／Ｔｏｏｌｋｉｔ 应用程序来生成，但是 Ｐｒｏ／Ｔｏｏｌｋｉｔ 应用程序并不能创建 Ｐｒｏ／Ｅ 的全部特 征，比如 Ｓｗｅｅｐ（扫描）等高级特征，因此对于包含 有高级特征பைடு நூலகம்形状复杂的产品造型，这种三维建模 方法就无能为力了；另一种是利用参数化模型创建 三维模型，其工作过程如图 ５ 所示，这种方法主要 应用于模型几何形状基本相同，只是参数值不同的 产品建模，拉刀的结构正好符合这一点，因此本系 统这种方法创建拉刀的三维模型。利用参数化模型 创建三维模型的需要解决好两个问题：如何创建 一个合理的参数化模型；如何获取模型参数并修改 参数值。
实例管理模块主要完成对圆孔拉刀实例的添 加、删除、查询等工作。对添加实例分为两种情况： 对于已经设计完成的圆孔拉刀实例，需要人工将其 添加到实例库；对于将新设计的圆孔拉刀实例，系 统会自动提示设计者是否将其加入实例库。
４ 知识库及正向推理产生式系统
知识库存储用于参数选择用的专家经验知识。 对于拉刀设计过程中的经验知识主要根据一些变量 的值确定另一些变量的值，即：经验知识 ＝ 规则（描 述事实之间因果关系）。用规则来表示知识正是产生 式知识表示方法的特点。采用如图 ３ 所示的正向推 理产生式系统解决需要专家经验和知识才能够得到 满意结果的问题。构建正向推理产生式系统的关键 是构建规则库和推理机［４］。
表１ 圆孔拉刀原始条件表
表２ 圆孔拉刀结构参数表
表３ 圆孔拉刀实例表
图 １ 圆孔拉刀 ＣＡＤ 系统总体结构
２ 数据库解决方案
圆孔拉刀 ＣＡＤ 系统的数据库解决方案主要考 虑两个方面的问题：一是底层数据库系统选择；二 是应用程序的数据库访问技术选择。在本系统中， 考虑到远程访问及数据共享，选择 ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ２０００ 作为底层数据库系统。考虑到系统开发工具为Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋６．０，采用ＶＣ＋＋提供的ＡＤＯ技术作为数据库访 问技术。圆孔拉刀 ＣＡＤ 系统的数据库解决方案，如 图 ２ 所示。
基于 Ｐｒｏ／Ｅ 的圆孔拉刀智能 ＣＡＤ 系统研究与开发
Research and development for intelligent cad system of round broach based on Pro/E 廖映华
ＬＩＡＯ Ｙｉｎｇ－ｈｕａ
（四川理工学院 机械学院 过程装备与控制工程四川省高校重点实验室，自贡 ６４３０００） 摘 要：采用 ＶＣ＋＋ 作为编程工具、ＳＱＬ Ｓｅｖｅｒ２０００ 作为底层数据库数据库系统以及 Ｐｒｏ／Ｅ 的二次
图 ５ 利用参数化模型创建三维模型的工作过程
创建参数化模型的一般方法及步骤：首先根据 模型特点确定创建模型需要哪些参数及它们之间的 关系，然后根据确定的参数建立参数化模型。
在Ｐｒｏ／Ｅ环境下，模型参数的获取和修改的方法 有三种：１）利用族表；２）直接选择工具 ／ 参数菜单 项，通过对话框来获取和修改参数；３）利用 Ｐｒｏ／
参考文献：
［１］ 杨国军，崔平远．一种神经网络方法在机械手控制中的应 用［Ｊ］．电机与控制学报，２０００，４（３）：１７９－１８７．
［２］ 王雪松，许世范，郝继飞．ＭＯＴＯＭＡＮ 机械手逆运动学方程 新的推导方法及求解［Ｊ］．中国矿业大学学报，２００１，３０（１）：７３－ ８６．
［３］ 王奇志，徐心和，尹朝万．ＰＵＭＡ 机械手逆运动方程新的推 导方法及求解［Ｊ］．机器人，１９９８，２０ （２）：８１－８７．
６ 结论
已知工件直径 ｍ ｍ ，长度为
【下转第 １８３ 页】
通过上面的比较，可以直观地看出采用代数算 法可以实现样本空间的精确映射，训练后的网络具 有很好的泛化能力。此处训练数据代价函数之所 以不等于 ０，主要是由于数据计算和存储格式造成 的［１３］，但是从代价函数小数点位数来说完全可以近 似为 ０， 可以说实现了样本点的精确映射。
早期的拉刀 ＣＡＤ 系统［２］，主要研究拉刀设计计 算和绘图的自动化。设计时，操作者只需输入相应 的原始设计参数，系统既可在后台完成设计参数计 算、图纸自动生成的整个过程，从而可有效缩短设 计周期，提高设计精度，实现拉刀设计的自动化。但 是由于在拉刀设计计算中有些参数在一个范围内取 值，需凭借设计人员丰富的设计经验与知识，才能 得到较为满意的效果，因此这些拉刀ＣＡＤ系统设计 出来的拉刀质量并不高。随着人工智能技术和三维 建模技术的发展，使得拉刀 ＣＡＤ 系统的智能化、拉 刀三维参数化建模［３］及拉刀ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ集成化 成为了目前研究的热点。本文就在Ｐｒｏ／Ｅ平台下开发 圆孔拉刀智能 ＣＡＤ 系统进行一些探索。
Ｔｏｏｌｋｉｔ 应用程序检索出模型参数并 进行参数值的修改［５］。本系统采用 的是最后一种方法，这种方法需要 用到 Ｐｒｏ／Ｔｏｏｌｋｉｔ 提供的两个函数： ＰｒｏＰａｒａｍｅｔｅｒＩｎｉｔ（）和 ＰｒｏＰａｒａｍｅｔｅｒＶａｌｕｅＧｅｔ（）。参数修改 时，首先调用ＰｒｏＰａｒａｍｅｔｅｒＩｎｉｔ（）函数 获取已知参数名的参数对象指针， 然后通过已知参数对象指针，调用 ＰｒｏＰａｒａｍｅｔｅｒＶａｌｕｅＧｅｔ（）函数得到 ＰｒｏＰａｒａｍｖａｌｕｅ 结构对象；最后从数 据库中查出参数值，并利用 ＰｒｏＰａｒａｍｖａｌｕｅ 的成员函数对参数值 进行修改。
（４）图形处理模块 该模块利用 Ｐｒｏ／Ｔｏｏｌｋｉｔ 和 Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋ 混合编程技术对 Ｐｒｏ／Ｅ 进行二次开发获
收稿日期：２００９－０４－２０ 基金项目：四川理工学院院内科研项目《基于三维特征模型的复杂刀具 ＣＡＤ 系统的研究与开发》（２００６ＺＲ０１１） 作者简介：廖映华（１ ９ ７ ６ －），男，四川宜宾人，讲师，工学硕士，主要研究方向为 ＣＡＤ／ＣＡＭ、机电液控制。
第 ３１ 卷 第 ８ 期 ２００９－０８ 【１７７】
表５ 规则结论表
表６ 规则体表
推理机由一组程序构成，用来控制整个产生式 系统运行，在已知事实的基础上，选择合适的规则 实现对问题的求解。本系统中使用的推理机的推理 过程如图 ４ 所示：
１） 用已知事实初始化综合数据库。 ２）从规则库中取第一条规则。 ３）检查其前提是否与综合数据库中的事实匹 配，若匹配，则执行该规则；若不匹配，转 ５。 ４）检查规则结论是否在目标数据库中，若是， 则规则结论即为求解结果；若不是，则将结论作为 新的事实加入综合数据库，转 ５。 ５）检查是否为最后一条规则，若是，则要求用 户增加已知事实，转 ２；若不是，则取下一条规则， 转 ３。
［４］ ＣＨＥＮ Ｈｕａ，ＣＨＥＮ Ｗｅｉ－ｓｈａｎ，ＸＩＥ Ｔａｏ．Ｗａｖｅｌｅｔ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｏｌ－
ｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｓｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｒｏｂｏｔｉｃ ｍａｎｉｐｕ－ ｌａｔｏｒ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ＳＣＩＥＮＣＥ Ａ，２００６，７ （４）：５２５－５２９． ［５］ 汪木兰，徐开芸，饶华球，张思弟．基于改进型 ＢＰ 神经网络 多关节机器人逆向运动学求解 ［Ｊ］．南京航空航天大学学 报， ２００６，３８ （７）：８３－８７． ［６］ 张培艳，吕恬生，宋立博．基于径向基函数网络的ＭＯＴＯＭＡＮ 机械手运动学逆解［Ｊ］．机械科学与技术，２００４，２３（５）：５２３－ ５２５． ［７］ 荣盘祥，杨晶，胡林果，马广富．基于 ＲＢＦ 网络的 ＳＣＡＲＡ 机 器人的运动学逆解［Ｊ］．电机与控制学报，２００７，１１（３）：３０３－ ３０５． ［８］ 吴爱国，郝润生．一种改进 ＢＰ 算法在机械手逆运动学中的 应用［Ｊ］．中国工程科学，２００５，７（７）：３４－３８． ［９］ Ｋｅｎ Ｏｎｏｚａｔｏ，Ｙｕｔａｋａ Ｍｅｄａ．Ｌｅａｒｎｉｎｇ ｏｆ Ｉｎｖｅｒｓｅ－ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｖｅｒｓｅ－ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｆｏｒ Ｔｗｏ－ｌｉｎｋ ＳＣＡＲＡ Ｒｏｂｏｔ Ｕｓｉｎｇ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｃ］．ＳＩＣＥ Ａｎｎｕａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００７：１０３１－ １０３４． ［１０］Ｓａｈｉｎ Ｙｉｌｄｉｒｉｍ，Ｉｋｂａｌ Ｅｓｋｉ．Ａ ＱＰ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ Ａｃｃｕｒａｔｅ Ｒｏｂｏｔ Ｐａｔｈ Ｃｏｎｔｒｏｌ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６， （２０）７：９１７－９２８． ［１１］张代远．神经网络新理论与算法．清华大学出版社，２００６． ［１２］张代远．零代价函数的前馈神经网络新算法［Ｊ］．计算机工程 与应用，２０００，１０：７９－８０，９６． ［１３］马斌良，黄玉美，刘蜀阳，陈亮．运用神经网络代数算法的陀 螺仪非线性误差补偿［Ｊ］．应用科学学报，２００８，２６（４）：４３６－ ４４０． ［１４］马斌良，黄玉美，等．基于神经网络代数算法的电子罗盘的 标定［Ｊ］．仪器仪表学报，２００８，２９（１１）：２３０４－２３０９．
图 ２ 圆孔拉刀 ＣＡＤ 系统的数据库解决方案
３ 实例库及实例管理
实例库存放和管理不同型号拉刀的设计信息， 以利于重复利用设计成果。根据圆孔拉刀设计方法 及步骤，拉刀实例主要包含三部分的信息：原始条 件、拉刀结构参数、图形信息。原始条件主要指被 加工孔的直径和长度、工件材料、拉床、预制孔加 工方法、切削液等信息；拉刀结构信息主要包括拉 刀材料、拉削方式、工作部分及非工作部分结构信 息以及拉刀技术条件；图形信息主要包括拉刀三维 模型及二维图形文件相关信息。表 １ 为圆孔拉刀原 始条件表，在进行拉刀设计时，根据用户输入的原 始参数条件建立原始条件记录。表 ２ 圆孔拉刀结构
图 ３ 正向推理产生式系统工作原理
规则库（即知识库）由求解问题的一条条规则构 成。每条规则包含三个要件：前提、结论和规则体 （前提和结论之间的关系）。本文采用 ＳＱＬ Ｓｅｖｅｒ２０００ 建立表格来存储规则，则需用三个表格来构建规则 库。表 ４、表 ５、表 ６ 构成拉削方式选用的规则库。
表４ 规则前提表
１ 系统总体目标及功能模块
圆孔拉刀 ＣＡＤ 系统的总体目标为：１） 输入原
始设计参数，系统能够完成圆孔拉刀的设计计算， 并得到圆孔拉刀的结构参数；２）根据圆孔拉刀的结 构参数由参数化建模程序自动生成圆孔拉刀的三维 模型，并得到相应的二维图形；３）对于需要凭借设 计人员丰富的设计经验与知识，才能得到较为满意 的效果的设计参数，建立相应的知识库来完成参数 的智能选择；４）能够对已有的拉刀设计资料进行管 理。根据圆孔拉刀 ＣＡＤ 系统的总体目标，将拉刀 ＣＡＤ 系统划分实例管理、数据库管理、设计计算、 图形处理、帮助系统五大功能模块，如图 １ 所示。
【１７６】 第 ３１ 卷 第 ８ 期 ２００９－０８
得，包括三维参数化建模和二维工程图生成两个部 分。
（５）帮助系统 该模块主要提供拉刀 ＣＡＤ 系统 的使用说明。
参数表，根据设计计算模块的设计计算结果添加拉 刀结构参数记录。表 ３ 为圆孔拉刀实例表，将原始 条件与根据其设计得到的结构参数及图形文件信息 形成一个圆孔拉刀实例。
（１）实例管理模块 该模块主要完成对圆孔拉刀 实例的添加、删除、查询等工作。
（２）数据库管理模块 该模块对知识库和资料库 进行管理。知识库存储用于参数选择用的专家经验 知识，使专家的经验知识能够重复利用。资料库存 储拉刀设计所需的参数表格，以备在拉刀设计时查 询。
（３）设计计算模块。该模块由拉刀设计所需的 应用程序组成，是圆孔拉刀 ＣＡＤ 系统的核心模块， 它直接决定了拉刀的设计质量，本系统中设计计算 模块采用设计理论，拉刀结构参数及拉刀技术条件 均来自参考文献［１］。
０ 引言
拉刀作为一种高效、高精度的多齿复杂刀具， 已被广泛用于各种形状的通孔、槽及简单或复杂形 状的外表面的加工［１］。由于拉刀设计时涉及的参数 多、计算量大、齿形设计繁琐，所以设计周期较长。 并且由于拉刀结构复杂，制造成本较高，如果设计 时出现计算失误，将会造成很大的经济损失。因此， 有必要利用计算机辅助拉刀设计系统。
４ 结论
本文将代数算法神经网络用于机器人逆运动 学，实现了机器人从工作空间到关节空间的非线性 映射，为逆运动学求解提供了一种新算法。本算法 可将复杂的非线性优化问题转化为简单的代数方程 组求解问题，给出了实现精确映射的公式，求解之 前可以确定网络结构参数，可快速准确地获得全局 最优点权值、，训练后的网络具有很好泛化能力。通 过仿真实例展现了此算法的优点。运用此算法无需 漫长的网络训练便可快速地获得高精度解，可以满足 机器人逆运动学求解的高精度要求。