マニピュレータのセットアップ¶

学習目標¶

このチュートリアルを修了すると、以下の内容を習得できます：

URDF ファイルから UR10e ロボットアームをインポートする方法
URDF ファイルから Robotiq 2F-140 グリッパーをインポートする方法
GUI 操作でロボットアームとグリッパーを手動接続する方法
Robot Assembler を使って自動接続する方法

はじめに¶

前提条件¶

チュートリアル 5: モバイルロボットのリギングを完了していること
Python 3 と pip が使える環境（xacro パッケージのインストールに使用）
git がインストールされていること

所要時間¶

約 30 分

概要¶

このチュートリアルでは、UR10e ロボットアームと Robotiq 2F-140 グリッパーを URDF ファイルからインポートし、単一のアーティキュレーションとして接続します。接続方法として、GUI による手動接続と Robot Assembler を使った自動接続の2つの方法を学びます。

URDF インポートの2つの方法¶

Isaac Sim には URDF をインポートする方法が2つあります：

方法	エクステンション名	ROS 2 が必要か	説明
Direct URDF Importer	`isaacsim.asset.importer.urdf`	不要	URDF ファイルを直接指定してインポート
ROS 2 URDF Importer	`isaacsim.ros2.urdf`	必要	ROS 2 ノードから URDF を取得してインポート

このチュートリアルでは、ROS 2 が不要な Direct URDF Importer を使用します。

ROS 2 URDF Importer を使いたい場合

ROS 2 環境がインストール済みの場合は、File > Import from ROS 2 URDF Node から ROS 2 ノード経由でインポートすることもできます。この場合、ros2 launch ur_description view_ur.launch.py ur_type:=ur10e で URDF をパブリッシュし、Isaac Sim 側でノード名 robot_state_publisher を指定して取得します。詳細は公式ドキュメントを参照してください。

使用するアセット¶

Isaac Sim に同梱されているサンプルアセットを参考として使用できます。画面右下の Content タブから以下のパスでアクセスできます：

アセット	パス	用途
import_manipulator フォルダ	`Samples > Rigging > Manipulator > import_manipulator`	URDF ファイルや完成済み USD の参考用
UR10e（完成済み）	`import_manipulator/ur10e/ur/ur.usd`	UR10e の参考アセット
手動接続版（完成済み）	`import_manipulator/ur10e/ur/ur_gripper_manual.usd`	GUI 手動接続の完成例
Robot Assembler 版（完成済み）	`import_manipulator/ur10e/ur/ur_gripper.usd`	Robot Assembler 接続の完成例

Isaac Sim 同梱の URDF を使いたい場合

Isaac Sim のインストールディレクトリにも URDF ファイルが同梱されています。XACRO 変換の手順をスキップしたい場合は、以下のファイルを直接使用できます：

UR10e URDF: <Isaac Sim のインストール先>/exts/isaacsim.robot_motion.motion_generation/motion_policy_configs/universal_robots/ur10e/ur10e.urdf
UR10e + Robotiq 統合 URDF: <Isaac Sim のインストール先>/standalone_examples/api/isaacsim.robot.manipulators/ur10e/rmpflow/ur10e.urdf（ロボットアームとグリッパーが接続済み）

ステップ 1：URDF ファイルの準備¶

このステップでは、UR10e ロボットアームと Robotiq 2F-140 グリッパーの XACRO ファイルを GitHub の ROS パッケージから取得し、Isaac Sim でインポート可能な URDF ファイルに変換します。

XACRO と URDF の関係

XACRO（XML Macro）は URDF を効率的に記述するためのマクロ言語です。パラメータ化やファイル分割ができるため、多くの ROS ロボットパッケージで採用されています。Isaac Sim の URDF Importer は XACRO を直接読み込めないため、事前に URDF に変換する必要があります。

1-1. xacro のインストール¶

XACRO から URDF への変換には xacro パッケージが必要です。ROS 2 がインストールされていない環境でも pip でインストールできます：

pip install xacro pyyaml

1-2. UR10e の URDF を生成¶

リポジトリのクローン¶

Universal Robots の公式 ROS 2 Description パッケージをクローンします：

git clone https://github.com/UniversalRobots/Universal_Robots_ROS2_Description.git
cd Universal_Robots_ROS2_Description

パスの書き換え¶

XACRO ファイル内の $(find ur_description) は ROS のパッケージ検索機能を使ったパス指定です。ROS 2 がインストールされていない環境では解決できないため、クローンしたリポジトリの絶対パスに置き換えます：

# $(find ur_description) をリポジトリの絶対パスに置き換え
sed -i "s|\$(find ur_description)|$(pwd)|g" urdf/ur.urdf.xacro urdf/ur_macro.xacro

$(find パッケージ名) とは

$(find パッケージ名) は ROS の XACRO で使われる構文で、指定した ROS パッケージのインストールパスに展開されます。ROS 環境外で XACRO を使う場合は、このように実際のパスに手動で置き換える必要があります。

XACRO から URDF への変換¶

xacro urdf/ur.urdf.xacro ur_type:=ur10e name:=ur10e > urdf/ur10e.urdf

メッシュパスの書き換え¶

生成された URDF ファイル内のメッシュパスは package://ur_description/... 形式になっています。Isaac Sim の URDF Importer が正しくメッシュを読み込めるよう、相対パスに変換します：

sed -i 's|package://ur_description/|../|g' urdf/ur10e.urdf

変換後、メッシュパスは以下のように相対パスになります：

<!-- 変換前 -->
<mesh filename="package://ur_description/meshes/ur10e/visual/base.dae"/>

<!-- 変換後 -->
<mesh filename="../meshes/ur10e/visual/base.dae"/>

変換結果の確認

urdf/ur10e.urdf が正しく生成されたか確認するには、以下のコマンドでメッシュパスをチェックします：

grep 'mesh filename' urdf/ur10e.urdf

すべてのパスが ../meshes/ur10e/... で始まっていれば成功です。

1-3. Robotiq 2F-140 の URDF を生成¶

リポジトリのクローン¶

PickNikRobotics が提供する ROS 2 対応の Robotiq グリッパーパッケージをクローンします：

cd ..  # Universal_Robots_ROS2_Description の親ディレクトリに戻る
git clone https://github.com/PickNikRobotics/ros2_robotiq_gripper.git
cd ros2_robotiq_gripper/robotiq_description

パスの書き換え¶

UR10e と同様に、$(find robotiq_description) をリポジトリの絶対パスに置き換えます：

sed -i "s|\$(find robotiq_description)|$(pwd)|g" urdf/robotiq_2f_140_gripper.urdf.xacro urdf/robotiq_2f_140_macro.urdf.xacro

XACRO から URDF への変換¶

include_ros2_control:=false を指定して、Isaac Simでは不要なROS 2 制御インターフェースの定義を省略します：

xacro urdf/robotiq_2f_140_gripper.urdf.xacro include_ros2_control:=false > urdf/robotiq_2f_140.urdf

メッシュパスの書き換え¶

sed -i 's|package://robotiq_description/|../|g' urdf/robotiq_2f_140.urdf

変換済み URDF の参考ファイル

パス変更が上手くいかない場合は、Isaac Sim の Content ブラウザの import_manipulator/robotiq_2f_140_urdf/urdf/robotiq_2f_140.urdf に変換済みの URDF ファイルが用意されています。

ステップ 2：Isaac Sim へのインポート¶

ステップ 1 で生成した URDF ファイルを Isaac Sim にインポートします。

2-1. UR10e のインポート¶

Isaac Sim のメニューから File > Import を選択します。
ファイル選択ダイアログで、ステップ 1 で生成した Universal_Robots_ROS2_Description/urdf/ur10e.urdf を選択します。
URDF Importer のインポートダイアログが表示されます。
Output Directory（出力先） で USD ファイルの保存先を選択します（例：~/Desktop）。
Joint Configuration セクションで以下を設定します：
- 設定方式として Natural Frequency を選択
- すべてのジョイントの Natural Frequency を 300 に設定
Natural Frequency とは

Natural Frequency（固有振動数）はジョイントの剛性を制御するパラメータです。値が高いほどジョイントが硬くなります。300 は UR10e の各ジョイントに適した値です。
Import をクリックしてインポートを実行します。
Output Directory（出力先）で指定した場所にur10eディレクトリが生成され、中にur10e.usdが生成されていることを確認してください。

UR10e インポート

2-2. Robotiq 2F-140 のインポート¶

Isaac Sim のメニューから File > New で新しいステージを開きます。
File > Import を選択し、ros2_robotiq_gripper/robotiq_description/urdf/robotiq_2f_140.urdf を選択します。
Output Directory（出力先） で USD ファイルの保存先を選択します（例：~/Desktop）。
Joint Configuration セクションで以下を確認・設定します：
- Ignore Mimic チェックボックスがオフ（デフォルト）になっていることを確認します
- 設定方式として Natural Frequency を選択
- finger_joint の Natural Frequency を 300 に設定
- finger_joint 以外のジョイントの Natural Frequency を 2500 に設定
設定の見落とし注意

Joint Configuration セクションで一部のジョイントしか見えないことがあるので、スクロールして最後のジョイントまで Natural Frequency が設定されていることを確認してください。

Mimic ジョイントの自動認識

Direct URDF Importer は、URDF 内の <mimic> タグを自動的に読み取ります。Mimic ジョイント（finger_joint に連動するジョイント）は Target Type が自動的に "Mimic" に設定されます。Reference Joint やギア比などの設定は URDF から自動的に取得されるため、手動で設定する必要はありません。

Mimic ジョイントとは

Mimic ジョイントは、参照ジョイント（この場合 finger_joint）の動きに連動して動くジョイントです。グリッパーの複数の指リンクが同期して開閉する仕組みを実現します。
Import をクリックしてインポートを実行します。

Robotiq インポート

参考：Robotiq 2F-140 のジョイント構成¶

インポートされたグリッパーのジョイント構成は以下の通りです：

ジョイント名	種類	Mimic	役割
finger_joint	revolute	—	メインの指ジョイント（駆動）
left_inner_knuckle_joint	revolute	finger_joint × -1	左内側ナックル
left_inner_finger_joint	revolute	finger_joint × 1	左内側指
right_outer_knuckle_joint	revolute	finger_joint × -1	右外側ナックル
right_inner_knuckle_joint	revolute	finger_joint × -1	右内側ナックル
right_inner_finger_joint	revolute	finger_joint × 1	右内側指

ステップ 3：UR10e と Robotiq 2F-140 の接続¶

ここからが本チュートリアルのメインパートです。インポートした2つのロボットを単一のアーティキュレーションとして接続します。2つの方法を紹介しますので、どちらか一方を選んで実施してください。

方法 1：GUI による手動接続¶

GUI を使ってグリッパーをロボットアームのエンドエフェクタに手動で接続する方法です。仕組みを深く理解したい方におすすめです。

3-1-1. USD ファイルの読み込み¶

Isaac Sim で UR10e の USD ファイル（ur10e.usd）を開きます。
Content ブラウザまたはエクスプローラーから robotiq_2f_140.usd をステージにドラッグ＆ドロップします。

3-1-2. グリッパーの配置¶

ステージツリーで追加された robotiq_2f_140 プリムを選択します。
プリム名を ee_link にリネームします（右クリック > Rename）。
Property タブで以下のトランスフォームを設定します：
- Translate: (1.18425, 0.2907, 0.06085)
- Orient: (-90, 0, -90)
トランスフォーム値について

これらの値は、グリッパーが UR10e の手首リンク（wrist_3_link）の先端に正しく配置されるように計算された値です。

3-1-3. アーティキュレーションルートの削除¶

グリッパーは独立したアーティキュレーションとしてインポートされていますが、UR10e のアーティキュレーションに統合する必要があるため、グリッパー側のアーティキュレーションルートを削除します。

ステージツリーで ee_link/root_joint を選択します。
Property タブの Physics Articulation Root セクションを見つけます。
Articulation Root を削除（Remove）します。

3-1-4. ジョイントの接続¶

引き続き ee_link/root_joint の Property タブを開きます。
Joints セクションで Body0 を /ur10e/wrist_3_link に設定します。

これにより、グリッパーのルートジョイントが UR10e の手首リンクに固定接続されます。

3-1-5. ロボットスキーマの更新¶

UR10e のロボット定義にグリッパーのリンクとジョイントを追加します。

ステージツリーで ur10e プリムを選択します。
Property タブの IsaacRobotAPI セクションで以下を設定します：
- isaac:physics:robotjoints フィールドに /ur10e/ee_link を追加
- isaac:physics:robotLinks フィールドに /ur10e/ee_link を追加

手動接続

方法 2：Robot Assembler による接続¶

Robot Assembler ツールを使って自動的に接続する方法です。より効率的で、エンドエフェクタのバリアント管理もできます。

3-2-1. USD ファイルの読み込み¶

Isaac Sim で UR10e の USD ファイル（ur10e.usd）を開きます。
Content ブラウザまたはエクスプローラーから robotiq_2f_140.usd をステージにドラッグ＆ドロップします。
ステージツリーで追加された robotiq_2f_140 プリムを ee_link にリネームします。

3-2-2. Robot Assembler の起動¶

Isaac Sim のメニューから Tools > Robotics > Asset Editors > Robot Assembler を開きます。

3-2-3. アセンブリの設定¶

Robot Assembler パネルで以下を設定します：

設定項目	値	説明
Base Robot > Select Base Robot	`/ur10e`	ベースとなるロボットアーム
Base Robot > Attach Point	`wrist_3_link`	接続先（手首リンク）
Attach Robot > Select Attach Robot	`/ur10e/ee_link`	接続するグリッパー
Attach Robot > Attach Point	`robotiq_arg2f_base_link`	グリッパーのベースリンク
Assembly Namespace	`ee_link`	名前空間の指定

アセンブリの設定

3-2-4. アセンブリの実行¶

Begin Assembling Process をクリックしてアセンブリプロセスを開始します。
グリッパーの向きを調整します：Z +90 ボタンをクリックして、グリッパーを Z 軸周りに 90 度回転させます。
Assemble and Simulate をクリックして、接続結果をシミュレーションでテストします。
問題がなければ End Simulation And Finish をクリックしてアセンブリを完了します。

Robot Assembler

3-2-5. バリアント機能の確認¶

Robot Assembler で接続すると、エンドエフェクタのバリアント（切り替え）機能が自動的に設定されます。これにより、シミュレーション中にグリッパーの有無を簡単に切り替えられます。

ステージツリーで ur10e プリムを選択します。
Property タブの Variants セクションを確認します：
- ee_link の横の None を選択 → グリッパーが非表示になります
- ee_link の横の robotiq_2f_140 を選択 → グリッパーが表示されます

バリアント機能の活用

バリアント機能を使えば、異なるエンドエフェクタ（グリッパー、吸着パッド、工具など）を簡単に切り替えて比較テストすることができます。

ステップ 4：動作確認¶

接続が完了したら、シミュレーションで動作を確認します。

Play ボタンを押してシミュレーションを開始します。
ロボットアームとグリッパーが一体として動作することを確認します。
グリッパーがロボットアームから外れたり、不自然な動きをしていないことを確認します。
問題なければ、File > Save Asでアセットを保存します。

動作確認

シミュレーション時の注意

ロボットが「爆発」（パーツが飛び散る）する場合は、コリジョンメッシュの干渉が原因の可能性があります。
アーティキュレーションルートが正しく設定されているか確認してください（手動接続の場合、グリッパー側のアーティキュレーションルートが削除されていること）。

まとめ¶

このチュートリアルでは以下のトピックを扱いました：

GitHub の ROS パッケージからの XACRO 取得と URDF 変換：$(find ...) や package:// パスの書き換え、xacro コマンドによる変換
Direct URDF Importer を使った Isaac Sim へのインポート（ROS 2 不要）
GUI による手動接続：トランスフォーム設定、アーティキュレーションルート削除、ジョイント接続、スキーマ更新
Robot Assembler による自動接続：アタッチポイント設定、向き調整、バリアント管理

参考アセット

完成したアセットは、Content ブラウザの Samples > Rigging > Manipulator > import_manipulator フォルダ内で確認できます。手動接続版は ur_gripper_manual.usd、Robot Assembler 版は ur_gripper.usd です。

次のステップ¶

次のチュートリアル「マニピュレータの設定」に進み、物理プロパティやジョイントゲインの調整方法を学びましょう。