はじめに

UnityとROS2を連携させることを可能にするUnity-Robotics-Hubが、最近ROS2対応しました。

Unity-Robotics-Hubには、「URDF-Importer」というドキュメンテーションが提供されており、Unity内にURDFファイルをインポートすることができます。

本記事では、三輪車を作成することを想定して、Fusion360で作成したCADモデルをURDF化し、Unity内に召喚し操作する方法について解説します。

実行環境

本記事で用いる実行環境は以下の通りです。

項目	値
CPU	Core i7-9750H
OS	Windows10
ROS2	Foxy Fitzroy
Unity	2020.3.16f1

項目	値
CPU	1.5GHz クアッドコア Cortex-A72(ARMv8、64bit L1=32KB、L2=1M)
メモリ	UD-RP4B8：8GB
OS	Ubuntu Desktop 20.04
ROS2	Foxy Fitzroy

Fusion360で自作ロボットのモデルを作成する

fusion2urdfを使用して、URDFファイルを作成します。
※2021/10/13にROS2対応しました。

ここでは、手順といくつかの注意点を記述します。

0：Fusion360の言語を英語にする

出力されるファイルに日本語が混ざり、エラーの原因になります

１：z軸が上になるように設定する

Fusion360の座標系はデフォルトでY軸が上、ROS2はZ軸が上なので、ROS2に合わせる
Fusion360の軸の変更方法

２：モデリング

ジョイントを作成する際のコンポーネントの選択順で親子関係が設定されます。子にあたるコンポーネントを先に、親にあたるコンポーネントを後に選択します。

例）タイヤ(子)→シャフト(親)、シャフト(子)→base_link(親)

３：コンポーネント化して、アッセンブル

base_linkを指定する（component１をbase_linkにするとダメらしいので、プロパティで名前をcomponet２に変更する）
base_linkをFusionワールドの中心に配置しておく

僕が作成したモデルは以下のような三輪車です。キャスターはUnity側で作成します。（理由は後述します）

Fusion360からURDFファイルを出力する

１：githubからfusion2urdfをdownloadする

２：「URDF_Exporter」をFusion360のAPIにコピーする

シェルでのpathの指定

$ cd <path to fusion2urdf>

例えば、以下のように指定します

$ cd ~/documents/fusion2urdf-master

続けて、「URDF_Exporter」をFusion360のAPIにコピーする

Mac OSの場合

cp -r ./URDF_Exporter "$HOME/Library/Application Support/Autodesk/Autodesk Fusion 360/API/Scripts/"

Windows OSの場合

Copy-Item ".\URDF_Exporter\" -Destination "${env:APPDATA}\Autodesk\Autodesk Fusion 360\API\Scripts\" -Recurse

３：Fusion360でURDF_Exporter」を実行

Fusion360の「ツール」→「アドイン」→「スクリプト」→「URDF_Exporter」を実行
errorが出た場合は、エラーメッセージに従う
successした場合は、「hogehoge_description」というフォルダにxacroファイルなどが入っていることを確認する

４：URDF(xacro)→URDF変換する

UnityにURDFを召喚するための「URDF-Importer」は「.urdf」というファイル形式のみを扱います。しかし、「fusion2urdf」では「.xacro」ファイルが出力されます。（.xacroは、XML macroの略で、.urdfをより楽に書くためのもの）

そのため、「.xacro」を「.urdf」に変換する必要があります。こちらは、Ubuntu Desktop 20.04で実行しています。

変換手順

$ cd ~/my_workspace
$ . install/setup.bash
$ ros2 run xacro xacro -o /home/ubuntu/my_workspace/src/hogehoge_description/hogehoge.urdf /home/ubuntu/my_workspace/src/hogehoge_description/urdf/hogehoge.xacro

urdfファイルが完成し、指定したフォルダ内に出現していることを確認してください。

※xacroが入っていない人へ
こちらからフォルダをDownloadし、workspace/srcに入れてビルドすればxacroが使えるようになります

URDFをUnityにインポートする

１：package managerで「Add Package from Git URL」を選択し、`https://github.com/Unity-Technologies/URDF-Importer.git?path=/com.unity.robotics.urdf-importer#v0.5.0`を入力

２：Asset内にURDF_sampleというフォルダを作る

その中に「hogehoge.urdf」と「hogehoge_description(ROS2 Package)」を入れる

※hogehoge_description(ROS2 Package) = fusion2urdfで作成したフォルダ
※hogehoge_descriptionフォルダにも「hogehoge.urdf」が入っていると思いますが、「URDF_sample」フォルダの中にも配置してください

３：URDFをインポート

URDF_sampleのフォルダにある「hogehoge.urdf」を右クリックし、「import Robot from Selected URDF file」を選択し、「Import URDF」をクリック。モデルが出現することを確認してください。

URDFをUnity内で操作する

Unity-Robotics-Hubのサンプルのスクリプトを使うと便利です

このスクリプトのwheelに左タイヤと右タイヤのcomponentをDrag&Dropする
左右キーで直進、上下キーで旋回
Modeを「Keyboard」に変更
※「ROS」の場合では、ROSからのTopicで制御することが可能になります。

僕のモデルの場合

キャスターをURDFファイルで作成すると、キャスターの摩擦によって真っ直ぐ走行できないことが確認されたため、キャスターはUnity側で摩擦ゼロのSphere Colliderを設置しました。

Unity-Robotics-Hubのサンプルでも同じ手法が使われていました。

このように動けば成功です

おわりに

本記事では、三輪車を作成することを想定して、Fusion360で作成したCADモデルをURDF化し、Unity内に召喚し操作する方法について解説しました。

自作ロボットのシミュレーションや、Unityコンテンツに召喚するなどの様々な応用方法が考えられます。