URDF入門｜自作ロボットをシミュレータで動かすためのモデル記述

シミュレータでロボットを動かすには、まず**「このロボットはこういう形で、ここが曲がります」**とコンピュータに教える必要があります。その共通フォーマットが URDF（Unified Robot Description Format） です。

URDFは「ロボットの設計図」

中身はXMLで、たった2種類の要素でできています。

図: ロボットアームの正体は、リンク（骨）とジョイント（関節）の繰り返し

← 図は横にスクロールできます →

link（リンク） = 骨。硬いパーツ1つ
joint（ジョイント） = 関節。2つのlinkをつなぎ、動き方を定義する

メカ超入門で学んだ構造が、そのままファイルになったものだと考えてください。

最小のURDF

2つのリンクを1つの回転関節でつないだ、最もシンプルなロボットです。

<?xml version="1.0"?>
<robot name="my_arm">

  <!-- 土台 -->
  <link name="base_link">
    <visual>
      <geometry><box size="0.2 0.2 0.05"/></geometry>
      <material name="pink"><color rgba="1 0.84 0.91 1"/></material>
    </visual>
    <collision>
      <geometry><box size="0.2 0.2 0.05"/></geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <mass value="1.0"/>
      <inertia ixx="0.01" ixy="0" ixz="0" iyy="0.01" iyz="0" izz="0.01"/>
    </inertial>
  </link>

  <!-- 腕 -->
  <link name="arm_link">
    <visual>
      <origin xyz="0 0 0.15"/>
      <geometry><cylinder radius="0.02" length="0.3"/></geometry>
    </visual>
    <collision>
      <origin xyz="0 0 0.15"/>
      <geometry><cylinder radius="0.02" length="0.3"/></geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <mass value="0.5"/>
      <inertia ixx="0.004" ixy="0" ixz="0" iyy="0.004" iyz="0" izz="0.001"/>
    </inertial>
  </link>

  <!-- 関節: base_link から arm_link へ -->
  <joint name="shoulder" type="revolute">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="arm_link"/>
    <origin xyz="0 0 0.025"/>
    <axis xyz="0 1 0"/>
    <limit lower="-1.57" upper="1.57" effort="10" velocity="2.0"/>
  </joint>

</robot>

3つのブロックの役割

要素	用途	手を抜くとどうなる
`visual`	画面での見た目	見た目が変なだけ（実害は小さい）
`collision`	衝突判定	物をすり抜ける／めり込む
`inertial`	質量・慣性	物理が崩壊して吹き飛ぶ

⚠️

inertial は必ず書く

質量や慣性を省略したり0にすると、シミュレータが計算不能になり、ロボットが宇宙の彼方へ吹き飛びます。「起動したら消えた」の原因はほぼこれです。おおよその値でいいので必ず入れてください。

jointの型を選ぶ

type	動き	使う場面
`revolute`	回転（角度制限あり）	ほとんどの関節
`continuous`	無限回転	車輪
`prismatic`	直線スライド	昇降軸、グリッパー
`fixed`	動かない	センサーの取り付けなど

axis で「どの軸まわりに回るか」を指定します。0 1 0 ならY軸まわり（横から見て曲がる肘の動き）です。

座標系のつまずき

URDFの座標は親リンクからの相対位置です。絶対座標ではありません。

<origin xyz="0 0 0.025" rpy="0 0 0"/>
<!-- 親から見て、Z方向に2.5cm上 -->

rpy はロール・ピッチ・ヨー（ラジアン）。度ではなくラジアンなので、90度は 1.5708 です。ここは全員が一度は間違えます。

確認と読み込み

# 文法チェック
check_urdf my_arm.urdf

# ROS 2で可視化（スライダーで関節を動かせる）
ros2 launch urdf_tutorial display.launch.py model:=my_arm.urdf

MuJoCoやIsaac Simにもインポートできます。

# MuJoCoで読む場合（要MJCF変換 or 直接対応版）
import mujoco
model = mujoco.MjModel.from_xml_path("my_arm.urdf")

よくあるエラー

ロボットが吹き飛ぶ → inertial の質量・慣性が0か未記述
関節が動かない → limit の上下限が同じ、または axis が 0 0 0
パーツが変な場所にある → origin を絶対座標で書いている（親からの相対が正解）
メッシュが表示されない → STLのパス指定ミス。package:// 形式を確認

実務での作り方

ゼロから手書きすることは稀です。現実的には:

CAD（Fusion 360, SolidWorks）からエクスポート — URDF出力プラグインが定番
既存ロボットのURDFを改造 — SO-101等は公式で公開されている
手書きは学習用と簡易モデルのみ

まとめ

URDFは「link（骨）＋joint（関節）」でロボットの形を記述するXML
visual/collision/inertialの3点セット。inertialを省くと物理が壊れる
座標は親リンクからの相対、角度はラジアン
実務ではCADからのエクスポートか既存モデルの改造が主流

次の一歩 🌸

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