写字机器人书写笔迹特征研究

　　摘要：写字机器人以“编写”的形式复制母版字库内容，与传统笔迹相比，写字机器人笔迹的形成机理和书写条件发生了很大变化，从而导致笔迹特性发生了明显变化。本文从写字机器人的结构和工作原理入手，结合书写工具的特点，分析、研究、总结书写机器人笔迹文字的特征和一般规律，并探索和总结笔迹的检验鉴定方法，旨在为类似机器人笔迹的识别提供理论参考和实践参考。

　　关键词：写字机器人;笔迹特征;书写

　　1前言

　　随着科技的发展与进步，自动化和人工智能的水平不断提高。其中，机器人的应用领域也在不断扩展，呈现出高精度、智能化的特点，可替代人工完成很多工作。但同时，也会给一些行业带来困扰和挑战，例如在司法鉴定领域，不法分子利用写字机器人来模仿他人的笔迹，进行伪造合同等违法犯罪行为。该如何鉴别写字机器人书写笔迹和人类书写笔迹就是一个急需研究和解决的问题。本文从写字机器人的结构和工作原理入手，结合书写工具的特点，系统分析书写机器人的笔迹特征，力求为写字机器人书写笔迹检验鉴定工作提供有价值的参考。其研究具有前沿性和预防性，可以有效地预防和打击此类违法犯罪行为，提高社会治安管控水平，提高侦查效率和打击犯罪的能力，具有较强的社会效益。

　　科技论文投稿刊物：《科技风》是经科技部和国家新闻出版总署批准的大型综合类科技期刊。国内统一刊号CN13-1322/N，国际刊号ISSN1671-7341，邮发代号：18-38。以“把脉科技创新、引领发展风尚”为办刊宗旨，上半月刊定位以科研实践和企业科技创新为主要内容的科技综合版，下半月刊定位为以科学探索和研究为主要内容的学术理论版。读者对象为第一线科技、教育工作者。

　　2写字机器人的结构与原理

　　通常，写字机器人主要由横向和纵向两组垂直的杆状电子金属套件和书写臂组成，形成X轴、Y轴和Z轴，进行二维矢量输出。X轴的运动主要是通过控制底盘上的四个直流电机来实现，主要来完成横笔画的书写。Y轴的运动采用抽屉的滑轨配合齿轮齿条传动机构来实现的，主要用来完成竖画的书写。Z轴的书写方式与Y轴相似，主要实现起笔与收笔。

　　结合控制板、步进电机、抬笔舵机等硬件控制，带动书写臂上的书写工具运动，在平面上绘出程序控制的线条，即形成所谓的字迹。根据程序设置，可以书写字库中的字体，也可以使用专门软件制作字体的轨迹，将其录入机器人的控制系统，复写出特定人的笔迹。

　　3写字机器人笔迹特征分析

　　写字机器人书写笔迹与字库文字具有高度相似性。但从检验鉴定的视角来看，书写机器人的笔迹既有明显的模仿特征，又有机械引起的一些特殊现象。通过研究发现，只要样本具备条件，排除机器人书写的笔迹是原书写人所写较为容易。

　　3.1在书写工具方面

　　机器人书写笔迹特征会因书写工具不同而导致个性变化。写字机器人运用铅笔书写时抖动现象不明显，模仿手写样本的相似度较高。但由于机器人落笔高度的数值是固定的，所以在使用铅笔书写过程中随着笔芯的消耗，会发生笔画由细变粗、颜色从深到浅的变化。写字机器人笔迹特征中的笔迹特征、运笔特征在其使用钢笔书写时的表现最为明显，具体表现在起笔、收笔有明显顿压动作、无笔锋变化、笔画两端粗细一致的现象。原因是机器人的书写速度较慢，马达灵敏性远不及人体手腕的灵活性，再加上钢笔墨水的洇散性强，导致了机器人执钢笔书写的笔迹无笔锋，笔画异常洇散等现象。机器人执签字笔书写的笔迹，其特征表现介于钢笔和铅笔之间，主要表现为笔画抖动甚于铅笔，但洇散弱于钢笔，其隐蔽性稍强。

　　3.2在起收笔方面

　　机器人书写文字时的起、收笔都是由机器人的Z轴控制的，起笔与收笔都显得很干脆而不拖泥带水，多形成顿压起笔和顿压收笔，笔迹欠流畅，没有拖沓运笔，也少有笔锋反映。这种情况得基于不受落笔位置，纸面倾斜程度的影响，否则起、收笔会出现较长的拖笔现象。

　　3.3在运笔方向与笔顺方面

　　机器人识别文字的基本单位是整字部件，而人书写汉字的基本单位是笔画。也就是说，写字机器人能够接受和处理的是文字的二维信息，所以写字机器人也是以还原文字的二维信息为任务，无法顾及到文字的书写规则，因此常常出现不规范的运笔书写方向和笔顺组合特征。

　　3.4在文本内容方面

　　人类书写文字时要受到动力定型以及各种主客观因素的共同影响，使笔迹形成一种“人各不同，时刻改易”的特性，而机器人的书写是受电脑程序控制的，机器人对同一“指令”可以无限次的“执行”。所以当检材内容较多时，会出现文字或标点符号原样重复、笔迹完全一致的现象。

　　3.5在笔画特征方面

　　机器人的书写是将文字的二维信息进行“复制”的一种行为。写字机器人在书写时笔速是一定的，所以笔画没有轻重疾徐的运笔节奏变化，导致形成的笔压相同、笔宽一致的笔迹特征。由于执笔角度是不变的，且受硬件以及不同书写工具、不同软件的灵敏度和人为输入笔画字库精细度影响，所以笔画存在微小的“抖动”现象。特别的是，长笔画抖动明显，笔画生硬、无明显起收笔等机械化现象。

　　4结语

　　机器人书写笔迹与人类书写笔迹有极大的相似性。书写机器人可以流畅的完成书写动作，但受到抬笔高度、书写速度、字库文字的精确度、不同书写工具等等因素的影响，笔画存在不同程度的抖动、生涩呆板、起收笔过重、洇散反常等现象。在进行笔迹鉴定过程中，可以遵循模仿笔迹检验的要点，包括整体布局特征不规整、形快实慢、笔力平缓、起收笔动作呆滞、反常拖笔现象、笔画凹痕的深度一致等特征，结合书写工具的特点，可充分鉴别写字机器人书写笔迹的特征并进行准确区分。

　　参考文献：

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　　[2]田孝雨,林宣仪,刘雅沁.机器人执硬笔书写笔迹的特征研究[J].广东公安科技,2019,27(02):13-16.

　　[3]胡萍,成磊.直线关节型书写机器人书写笔迹特征的研究[J].中国人民公安大学学报(自然科学版),2019,25(04):15-22.

　　作者：陈昱文1余立鑫1苏芸洁2林哲涵1庄丹杰1蔡耀东1

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