MuJoCo 物理の設定階層

MuJoCo の物理シミュレーションを構成する 5 階層 (option / compiler / solver / joint-geom / actuator) と各要素の主要パラメータ・単位・実用値

要点 #

MuJoCo の物理設定は 5 階層。上から順に (1) <option> 積分器/ソルバ、(2) <compiler> 前処理、(3) 接触 impedance (solref/solimp)、(4) joint/geom プロパティ、(5) actuator。

各階層と主要パラメータ #

1. `<option>` — 全体積分器・ソルバ #

<option timestep="0.001" integrator="implicitfast" cone="elliptic"
        iterations="100" noslip_iterations="15">
  <flag sleep="enable"/>
</option>

属性	意味	実用値
`timestep` [s]	積分ステップ	0.001-0.005
`integrator`	積分方式	`implicitfast` (推奨) / `RK4` / `Euler` / `implicit`
`cone`	摩擦錐	`pyramidal` (高速) / `elliptic` (正確、車輪向き)
`iterations`	ソルバ反復数	100 (default)
`noslip_iterations`	追加 no-slip 反復	車輪では 10-20
`impratio`	摩擦/法線 impedance 比	1 (default)
`<flag sleep="enable"/>`	静止 body の休止	大量 body のパフォーマンス改善

2. `<compiler>` — 前処理 #

<compiler angle="radian" autolimits="true" discardvisual="true"/>

angle="radian"|"degree": joint 角度単位
autolimits="true": range で自動で limited=true に
discardvisual="true": contype=0 の geom を physics から除外 (メモリ節約)
inertiafromgeom="true|false|auto": body の inertial を geom から自動計算

3. 接触 impedance (per-contact)#

接触の剛性・減衰は 2 属性で決まる。

solref="timeconst dampratio": 接触制約の time constant [s] と damping ratio
- default "0.02 1" — 20ms で settle, critical damping
- 硬く: "0.005 1" (5ms)
- 柔らかく: "0.05 1.5" (50ms + overdamped)
solimp="dmin dmax width mid power": 貫入距離依存の impedance プロファイル
- default "0.9 0.95 0.001 0.5 2"
- dmin: 深い貫入時の impedance
- dmax: 表面接触時の impedance
- width: 遷移幅 [m]

4. Joint / Geom プロパティ #

属性	単位	意味
`<joint damping="x">`	N·m·s/rad (hinge) / N·s/m (slide)	粘性
`<joint armature="x">`	kg·m²	反射慣性 (ギア減速機のロータ慣性)
`<joint frictionloss="x">`	N·m or N	Coulomb 摩擦 (静止摩擦)
`<joint stiffness="x">`	N·m/rad	ばね
`<geom friction="slide roll spin">`	無次元 3 成分	摩擦係数 (デフォルト `"1 0.005 0.0001"`)
`<geom mass="x">` / `<geom density="x">`	kg / kg/m³	質量指定
`<geom condim="1	3	4
`<geom margin="x">`	m	接触検出マージン

5. Actuator (実機との対応)#

種類	用途	主要属性
`<motor>`	生トルク/力	`gear`, `ctrlrange`, `forcerange`
`<velocity kv="x">`	速度サーボ hack	`force = kv * (ctrl*gear - joint_vel)`
`<position kp="" kv="">`	位置サーボ (PD)	`force = kperr - kvvel`
`<dcmotor>`	DC モータの電気モデル	`resistance`, `motorconst` (Kt Ke), `inductance`, `saturation` (電流上限 [A]), `controller` (内部 PID), `input` (voltage/velocity/position)
`<general>`	プログラマブル	`dyntype`, `gaintype`, `biastype`

<dcmotor> の例 (RoboMaster M2006 P36 相当):

<dcmotor name="wheel0" joint="wheel0_joint"
         resistance="0.038" motorconst="0.056 0.056"
         inductance="1.6e-5 0" saturation="2.25 0 0"
         input="velocity" controller="0.136 0.036 0 0 0 24"/>

controller="kp ki kd int_min int_max u_max" の 6 要素。内部の PID + 電圧飽和
input="velocity": ctrl は速度目標 (rad/s) として解釈

チューニング手順 #

骨格作成: URDF → MJCF (Menagerie の変換スクリプト or 手書き)
<option>: timestep / integrator / cone を用途に合わせる (車輪あるなら elliptic + noslip_iterations)
<default> class: 繰り返し要素をまとめて記述
actuator: 実機モータ種別に合わせる。BLDC なら <dcmotor> + preset class (fibril_sim_models が公開)
damping / friction / solref: 実機と挙動が合わない箇所を上下. 車輪の跳ね上がりは damping 増 or solref 柔らかく

デバッグの視点 #

貫入が深い / すり抜け: solimp の dmax を上げる or timestep を下げる
接触が硬すぎて跳ねる: solref の time constant を大きく (0.02 → 0.05)
車輪が滑る: friction 上げる or noslip_iterations 増
PID が振動: kd 増 or kp 減
重すぎて動かない: forcerange の上限 or gear ratio 確認

参考 #

MuJoCo XML reference: https://mujoco.readthedocs.io/en/stable/XMLreference.html
Modeling guide: https://mujoco.readthedocs.io/en/stable/modeling.html
Physics computation overview: https://mujoco.readthedocs.io/en/stable/computation/index.html
MuJoCo Menagerie (実例集): https://github.com/google-deepmind/mujoco_menagerie

最終更新: 2026年9月30日

MuJoCo 物理の設定階層

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