寫字機器人書寫筆跡特征研究

　　摘要：寫字機器人以“編寫”的形式復制母版字庫內(nèi)容，與傳統(tǒng)筆跡相比，寫字機器人筆跡的形成機理和書寫條件發(fā)生了很大變化，從而導致筆跡特性發(fā)生了明顯變化。本文從寫字機器人的結構和工作原理入手，結合書寫工具的特點，分析、研究、總結書寫機器人筆跡文字的特征和一般規(guī)律，并探索和總結筆跡的檢驗鑒定方法，旨在為類似機器人筆跡的識別提供理論參考和實踐參考。

　　關鍵詞：寫字機器人;筆跡特征;書寫

　　1前言

　　隨著科技的發(fā)展與進步，自動化和人工智能的水平不斷提高。其中，機器人的應用領域也在不斷擴展，呈現(xiàn)出高精度、智能化的特點，可替代人工完成很多工作。但同時，也會給一些行業(yè)帶來困擾和挑戰(zhàn)，例如在司法鑒定領域，不法分子利用寫字機器人來模仿他人的筆跡，進行偽造合同等違法犯罪行為。該如何鑒別寫字機器人書寫筆跡和人類書寫筆跡就是一個急需研究和解決的問題。本文從寫字機器人的結構和工作原理入手，結合書寫工具的特點，系統(tǒng)分析書寫機器人的筆跡特征，力求為寫字機器人書寫筆跡檢驗鑒定工作提供有價值的參考。其研究具有前沿性和預防性，可以有效地預防和打擊此類違法犯罪行為，提高社會治安管控水平，提高偵查效率和打擊犯罪的能力，具有較強的社會效益。

　　科技論文投稿刊物：《科技風》是經(jīng)科技部和國家新聞出版總署批準的大型綜合類科技期刊。國內(nèi)統(tǒng)一刊號CN13-1322/N，國際刊號ISSN1671-7341，郵發(fā)代號：18-38。以“把脈科技創(chuàng)新、引領發(fā)展風尚”為辦刊宗旨，上半月刊定位以科研實踐和企業(yè)科技創(chuàng)新為主要內(nèi)容的科技綜合版，下半月刊定位為以科學探索和研究為主要內(nèi)容的學術理論版。讀者對象為第一線科技、教育工作者。

　　2寫字機器人的結構與原理

　　通常，寫字機器人主要由橫向和縱向兩組垂直的桿狀電子金屬套件和書寫臂組成，形成X軸、Y軸和Z軸，進行二維矢量輸出。X軸的運動主要是通過控制底盤上的四個直流電機來實現(xiàn)，主要來完成橫筆畫的書寫。Y軸的運動采用抽屜的滑軌配合齒輪齒條傳動機構來實現(xiàn)的，主要用來完成豎畫的書寫。Z軸的書寫方式與Y軸相似，主要實現(xiàn)起筆與收筆。

　　結合控制板、步進電機、抬筆舵機等硬件控制，帶動書寫臂上的書寫工具運動，在平面上繪出程序控制的線條，即形成所謂的字跡。根據(jù)程序設置，可以書寫字庫中的字體，也可以使用專門軟件制作字體的軌跡，將其錄入機器人的控制系統(tǒng)，復寫出特定人的筆跡。

　　3寫字機器人筆跡特征分析

　　寫字機器人書寫筆跡與字庫文字具有高度相似性。但從檢驗鑒定的視角來看，書寫機器人的筆跡既有明顯的模仿特征，又有機械引起的一些特殊現(xiàn)象。通過研究發(fā)現(xiàn)，只要樣本具備條件，排除機器人書寫的筆跡是原書寫人所寫較為容易。

　　3.1在書寫工具方面

　　機器人書寫筆跡特征會因書寫工具不同而導致個性變化。寫字機器人運用鉛筆書寫時抖動現(xiàn)象不明顯，模仿手寫樣本的相似度較高。但由于機器人落筆高度的數(shù)值是固定的，所以在使用鉛筆書寫過程中隨著筆芯的消耗，會發(fā)生筆畫由細變粗、顏色從深到淺的變化。寫字機器人筆跡特征中的筆跡特征、運筆特征在其使用鋼筆書寫時的表現(xiàn)最為明顯，具體表現(xiàn)在起筆、收筆有明顯頓壓動作、無筆鋒變化、筆畫兩端粗細一致的現(xiàn)象。原因是機器人的書寫速度較慢，馬達靈敏性遠不及人體手腕的靈活性，再加上鋼筆墨水的洇散性強，導致了機器人執(zhí)鋼筆書寫的筆跡無筆鋒，筆畫異常洇散等現(xiàn)象。機器人執(zhí)簽字筆書寫的筆跡，其特征表現(xiàn)介于鋼筆和鉛筆之間，主要表現(xiàn)為筆畫抖動甚于鉛筆，但洇散弱于鋼筆，其隱蔽性稍強。

　　3.2在起收筆方面

　　機器人書寫文字時的起、收筆都是由機器人的Z軸控制的，起筆與收筆都顯得很干脆而不拖泥帶水，多形成頓壓起筆和頓壓收筆，筆跡欠流暢，沒有拖沓運筆，也少有筆鋒反映。這種情況得基于不受落筆位置，紙面傾斜程度的影響，否則起、收筆會出現(xiàn)較長的拖筆現(xiàn)象。

　　3.3在運筆方向與筆順方面

　　機器人識別文字的基本單位是整字部件，而人書寫漢字的基本單位是筆畫。也就是說，寫字機器人能夠接受和處理的是文字的二維信息，所以寫字機器人也是以還原文字的二維信息為任務，無法顧及到文字的書寫規(guī)則，因此常常出現(xiàn)不規(guī)范的運筆書寫方向和筆順組合特征。

　　3.4在文本內(nèi)容方面

　　人類書寫文字時要受到動力定型以及各種主客觀因素的共同影響，使筆跡形成一種“人各不同，時刻改易”的特性，而機器人的書寫是受電腦程序控制的，機器人對同一“指令”可以無限次的“執(zhí)行”。所以當檢材內(nèi)容較多時，會出現(xiàn)文字或標點符號原樣重復、筆跡完全一致的現(xiàn)象。

　　3.5在筆畫特征方面

　　機器人的書寫是將文字的二維信息進行“復制”的一種行為。寫字機器人在書寫時筆速是一定的，所以筆畫沒有輕重疾徐的運筆節(jié)奏變化，導致形成的筆壓相同、筆寬一致的筆跡特征。由于執(zhí)筆角度是不變的，且受硬件以及不同書寫工具、不同軟件的靈敏度和人為輸入筆畫字庫精細度影響，所以筆畫存在微小的“抖動”現(xiàn)象。特別的是，長筆畫抖動明顯，筆畫生硬、無明顯起收筆等機械化現(xiàn)象。

　　4結語

　　機器人書寫筆跡與人類書寫筆跡有極大的相似性。書寫機器人可以流暢的完成書寫動作，但受到抬筆高度、書寫速度、字庫文字的精確度、不同書寫工具等等因素的影響，筆畫存在不同程度的抖動、生澀呆板、起收筆過重、洇散反常等現(xiàn)象。在進行筆跡鑒定過程中，可以遵循模仿筆跡檢驗的要點，包括整體布局特征不規(guī)整、形快實慢、筆力平緩、起收筆動作呆滯、反常拖筆現(xiàn)象、筆畫凹痕的深度一致等特征，結合書寫工具的特點，可充分鑒別寫字機器人書寫筆跡的特征并進行準確區(qū)分。

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　　作者：陳昱文1余立鑫1蘇蕓潔2林哲涵1莊丹杰1蔡耀東1

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