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JP7345299B2 - Correction device and correction method - Google Patents
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Description

この発明は、波動歯車減速機の角度伝達誤差を補正する補正装置及び補正方法に関する。 The present invention relates to a correction device and a correction method for correcting angular transmission error in a wave gear reducer.

従来、波動歯車減速機の角度伝達誤差を補正する方法として、事前測定方式が挙げられる(例えば特許文献1参照)。角度伝達誤差は、図5に示すように、波動歯車減速機に任意の回転角を入力した際に波動歯車減速機から出力される理論上の回転角と実際の回転角との差である。図5において、符号501は理論上の出力回転角を示し、符号502は実際の出力回転角を示し、符号503は角度伝達誤差を示している。事前測定方式では、事前に、波動歯車減速機の角度伝達誤差と、波動歯車減速機を駆動するアクチュエータの位相との関係を測定し、その関係に基づいて角度伝達誤差の補正を行う。 Conventionally, as a method for correcting the angular transmission error of a strain wave gear reducer, there is a pre-measurement method (see, for example, Patent Document 1). As shown in FIG. 5, the angle transmission error is the difference between the theoretical rotation angle output from the wave gear reducer and the actual rotation angle when an arbitrary rotation angle is input to the wave gear reducer. In FIG. 5, reference numeral 501 indicates a theoretical output rotation angle, reference numeral 502 indicates an actual output rotation angle, and reference numeral 503 indicates an angular transmission error. In the preliminary measurement method, the relationship between the angular transmission error of the wave gear reducer and the phase of the actuator that drives the wave gear reducer is measured in advance, and the angular transmission error is corrected based on the relationship.

特開平11-264448号公報Japanese Patent Application Publication No. 11-264448

しかしながら、事前測定方式では、アクチュエータの交換等によってアクチュエータの位相が変わると、角度伝達誤差に位相ずれが生じてしまう。そのため、このような場合には、角度伝達誤差とアクチュエータの位相との関係を再測定する必要がある。 However, in the advance measurement method, if the phase of the actuator changes due to actuator replacement or the like, a phase shift occurs in the angle transmission error. Therefore, in such a case, it is necessary to re-measure the relationship between the angular transmission error and the phase of the actuator.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、再測定を行うことなく、角度伝達誤差の位相ずれを補正可能な補正装置を提供することを目的としている。 The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a correction device capable of correcting a phase shift of an angular transmission error without re-measuring.

この発明に係る補正装置は、波動歯車減速機が有するフレクスプラインを駆動するアクチュエータの回転位置を検出する回転検出器と、波動歯車減速機におけるウェーブジェネレータの回転に伴うサーキュラスプラインの変位を検出するセンサと、センサにより検出された変位、及び、事前測定で当該センサにより検出された変位の時間変化と波動歯車減速機の角度伝達誤差の初期値の時間変化との位相関係に基づいて、当該角度伝達誤差の補正値を算出する演算部と、演算部により算出された補正値及び回転検出器により検出された回転位置に基づいて、アクチュエータを制御する制御部とを備えたことを特徴とする。 A correction device according to the present invention includes a rotation detector that detects the rotational position of an actuator that drives a flex spline included in a wave gear reducer, and a sensor that detects displacement of a circular spline accompanying rotation of a wave generator in the wave gear reducer. , the displacement detected by the sensor, and the phase relationship between the time change of the displacement detected by the sensor in advance measurement and the time change of the initial value of the angular transmission error of the wave gear reducer. The present invention is characterized by comprising a calculation unit that calculates a correction value for an error, and a control unit that controls the actuator based on the correction value calculated by the calculation unit and the rotational position detected by the rotation detector.

この発明によれば、上記のように構成したので、再測定を行うことなく、角度伝達誤差の位相ずれを補正可能となる。 According to the present invention, with the above configuration, it is possible to correct the phase shift of the angular transmission error without re-measuring.

実施の形態1に係る補正装置の構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration example of a correction device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1におけるセンサの配置例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of arrangement of sensors in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る補正装置の動作例を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating an example of the operation of the correction device according to the first embodiment. 図4A、図4Bは、実施の形態1における演算部の動作を説明するための図であって、図4Aは角度伝達誤差の時間変化の一例を示す図であり、図4Bはセンサにより検出された変位の時間変化の一例を示す図である。4A and 4B are diagrams for explaining the operation of the arithmetic unit in Embodiment 1, in which FIG. 4A is a diagram showing an example of a time change in angular transmission error, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing an example of a change in displacement over time. 波動歯車減速機の角度伝達誤差を説明するための図である。It is a figure for explaining the angle transmission error of a wave gear reduction gear.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る補正装置1の構成例を示す図である。
補正装置1は、波動歯車減速機2の角度伝達誤差を補正する装置である。補正装置1は、図1に示すように、回転検出器11、センサ12、記憶部13、演算部14及び制御部15を備えている。なお、演算部14及び制御部15は、システムLSI(Large Scale Integration)等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等により実現される。図1では、補正装置1に加え、波動歯車減速機2及びアクチュエータ3を示している。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a correction device 1 according to the first embodiment.
The correction device 1 is a device that corrects the angular transmission error of the wave gear reduction gear 2. As shown in FIG. 1, the correction device 1 includes a rotation detector 11, a sensor 12, a storage section 13, a calculation section 14, and a control section 15. Note that the calculation unit 14 and the control unit 15 are realized by a processing circuit such as a system LSI (Large Scale Integration), or a CPU (Central Processing Unit) that executes a program stored in a memory or the like. In addition to the correction device 1, FIG. 1 shows a wave gear reducer 2 and an actuator 3.

波動歯車減速機2は、楕円と真円の差動を利用した減速機である。波動歯車減速機2は、図2に示すように、サーキュラスプライン21、ウェーブジェネレータ22及びフレクスプライン23を有している。 The strain wave gear reduction gear 2 is a reduction gear that utilizes an elliptical and a perfect circular differential. The wave gear reducer 2 includes a circular spline 21, a wave generator 22, and a flex spline 23, as shown in FIG.

サーキュラスプライン21は、リング状の剛体部品である。サーキュラスプライン21は、内周に歯が刻まれており、フレクスプライン23より歯数が2枚多い。サーキュラスプライン21は、通常、ケーシングに固定される。
ウェーブジェネレータ22は、楕円状のカムの外周に薄肉のボールベアリングを組合わせた部品である。ボールベアリングでは、内輪はカムに固定されているが、外輪はボールを介して弾性変形する。ウェーブジェネレータ22は、通常、入力軸(アクチュエータ3)に取付けられる。
フレクスプライン23は、薄肉カップ状の金属弾性体部品である。フレクスプライン23は、開口部外周に歯が刻まれている。フレクスプライン23の底をダイヤフラムと呼び、通常、出力軸(例えばロボットアーム)に取付けられる。
The circular spline 21 is a ring-shaped rigid component. The circular spline 21 has teeth carved on its inner periphery, and has two more teeth than the flex spline 23. Circular spline 21 is normally fixed to the casing.
The wave generator 22 is a component that combines a thin ball bearing on the outer periphery of an elliptical cam. In a ball bearing, the inner ring is fixed to a cam, but the outer ring is elastically deformed via balls. The wave generator 22 is normally attached to the input shaft (actuator 3).
The flexspline 23 is a thin cup-shaped metal elastic component. The flexspline 23 has teeth carved on the outer periphery of the opening. The bottom of the flexspline 23 is called a diaphragm, and is usually attached to an output shaft (for example, a robot arm).

フレクスプライン23は、ウェーブジェネレータ22により楕円状に撓められ、長軸の部分でサーキュラスプライン21と歯が噛合い、短軸の部分では歯が完全に離れた状態となる。サーキュラスプライン21を固定してウェーブジェネレータ22を時計方向に回すと、フレクスプライン23は弾性変形し、サーキュラスプライン21との歯の噛合い位置が順次移動していく。ウェーブジェネレータ22が1回転すると、歯数差2枚分だけフレクスプライン23は反時計方向へ移動する。 The flex spline 23 is bent into an elliptical shape by the wave generator 22, and its teeth mesh with the circular spline 21 on its long axis, and the teeth are completely separated from each other on its short axis. When the wave generator 22 is rotated clockwise with the circular spline 21 fixed, the flex spline 23 is elastically deformed and the meshing position of the teeth with the circular spline 21 is sequentially moved. When the wave generator 22 rotates once, the flexspline 23 moves counterclockwise by the difference in the number of teeth by two teeth.

アクチュエータ3は、波動歯車減速機2が有するウェーブジェネレータ22を駆動する。 The actuator 3 drives a wave generator 22 included in the wave gear reduction gear 2 .

回転検出器11は、アクチュエータ3の回転位置を検出する。回転検出器11としては、例えばエンコーダを用いることができる。 The rotation detector 11 detects the rotational position of the actuator 3. As the rotation detector 11, for example, an encoder can be used.

センサ12は、波動歯車減速機2におけるウェーブジェネレータ22の回転に伴うサーキュラスプライン21の変位を検出する。センサ12は、サーキュラスプライン21の変位として、例えば、サーキュラスプライン21に対する応力又はサーキュラスプライン21の変形を検出する。センサ12としては、例えば、歪センサ又は光電センサ等を用いることができる。図2では、センサ12として歪センサを用いた場合を示し、歪センサがサーキュラスプライン21に取付けられた場合を示している。センサ12として光電センサを用いる場合には、光電センサをサーキュラスプライン21に対向配置し、光電センサからサーキュラスプライン21までの距離を測定することでサーキュラスプライン21の変形を検出可能である。 The sensor 12 detects the displacement of the circular spline 21 as the wave generator 22 in the wave gear reducer 2 rotates. The sensor 12 detects, for example, stress on the circular spline 21 or deformation of the circular spline 21 as the displacement of the circular spline 21. As the sensor 12, for example, a strain sensor or a photoelectric sensor can be used. FIG. 2 shows a case where a strain sensor is used as the sensor 12, and a case where the strain sensor is attached to the circular spline 21 is shown. When a photoelectric sensor is used as the sensor 12, the deformation of the circular spline 21 can be detected by arranging the photoelectric sensor to face the circular spline 21 and measuring the distance from the photoelectric sensor to the circular spline 21.

記憶部13は、事前測定でセンサ12により検出された変位の時間変化と波動歯車減速機2の角度伝達誤差の初期値の時間変化との位相関係を示す情報を記憶する。記憶部13は、HDD(Hard Disk Drive)、DVD(Digital Versatile Disc)又はメモリ等によって構成される。 The storage unit 13 stores information indicating the phase relationship between the time change in the displacement detected by the sensor 12 in the preliminary measurement and the time change in the initial value of the angular transmission error of the wave gear reducer 2. The storage unit 13 is configured by an HDD (Hard Disk Drive), a DVD (Digital Versatile Disc), a memory, or the like.

なお図1では、記憶部13が補正装置1の内部に設けられた場合を示している。しかしながら、これに限らず、記憶部13は補正装置1の外部に設けられていてもよい。 Note that FIG. 1 shows a case where the storage section 13 is provided inside the correction device 1. However, the present invention is not limited to this, and the storage unit 13 may be provided outside the correction device 1.

演算部14は、センサ12により検出された変位及び記憶部13に記憶された情報が示す位相関係に基づいて、角度伝達誤差の補正値を算出する。この際、演算部14は、変位の発生タイミング及び事前測定での当該変位と角度伝達誤差との位相関係に基づいて当該角度伝達誤差の位相ずれを推定し、当該位相ずれに応じて当該角度伝達誤差の補正値を算出する。 The calculation unit 14 calculates a correction value for the angular transmission error based on the phase relationship indicated by the displacement detected by the sensor 12 and the information stored in the storage unit 13. At this time, the calculation unit 14 estimates the phase shift of the angle transmission error based on the timing of occurrence of the displacement and the phase relationship between the displacement and the angle transmission error in advance measurement, and calculates the angle transmission according to the phase shift. Calculate the error correction value.

制御部15は、演算部14により算出された補正値及び回転検出器11により検出された回転位置に基づいて、アクチュエータ3を制御する。この制御部15により、波動歯車減速機2の角度伝達誤差を補正する。 The control unit 15 controls the actuator 3 based on the correction value calculated by the calculation unit 14 and the rotational position detected by the rotation detector 11. This control unit 15 corrects the angular transmission error of the wave gear reducer 2.

次に、図1に示す実施の形態1に係る補正装置1の動作例について、図3を参照しながら説明する。なお、記憶部13は、事前測定でセンサ12により検出された変位の時間変化と波動歯車減速機2の角度伝達誤差の初期値の時間変化との位相関係を示す情報を記憶している。
図1に示す実施の形態1に係る補正装置1の動作例では、図3に示すように、まず、回転検出器11は、アクチュエータ3の回転位置を検出する(ステップST301)。
Next, an example of the operation of the correction device 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. 3. Note that the storage unit 13 stores information indicating the phase relationship between the time change in the displacement detected by the sensor 12 in the preliminary measurement and the time change in the initial value of the angular transmission error of the wave gear reducer 2.
In the operation example of the correction device 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1, as shown in FIG. 3, the rotation detector 11 first detects the rotational position of the actuator 3 (step ST301).

また、センサ12は、ウェーブジェネレータ22の回転に伴うサーキュラスプライン21の変位を検出する(ステップST302)。 Furthermore, the sensor 12 detects the displacement of the circular spline 21 due to the rotation of the wave generator 22 (step ST302).

次いで、演算部14は、センサ12により検出された変位及び記憶部13に記憶された情報が示す位相関係に基づいて、角度伝達誤差の補正値を算出する(ステップST303)。ここで、アクチュエータ3の交換等によってアクチュエータ3の位相が変わると、角度伝達誤差に位相ずれが生じてしまう。そこで、演算部14は、上記変位の発生タイミング及び事前測定での当該変位と角度伝達誤差との位相関係に基づいて当該角度伝達誤差の位相ずれを推定する。そして、演算部14は、推定した位相ずれに応じ、角度伝達誤差の補正値を算出する。 Next, the calculation unit 14 calculates a correction value for the angular transmission error based on the phase relationship indicated by the displacement detected by the sensor 12 and the information stored in the storage unit 13 (step ST303). Here, if the phase of the actuator 3 changes due to replacement of the actuator 3, etc., a phase shift will occur in the angle transmission error. Therefore, the calculation unit 14 estimates the phase shift of the angular transmission error based on the generation timing of the displacement and the phase relationship between the displacement and the angular transmission error in the preliminary measurement. Then, the calculation unit 14 calculates a correction value for the angular transmission error according to the estimated phase shift.

このように、図1に示す実施の形態1に係る補正装置1では、記憶部13が事前測定でセンサ12により検出された変位の時間変化と波動歯車減速機2の角度伝達誤差の初期値の時間変化との位相関係を示す情報を記憶し、センサ12がウェーブジェネレータ22の回転に伴うサーキュラスプライン21の変位を検出している。そして、図4に示すように、角度伝達誤差とセンサ12により検出される変位は、共に、ウェーブジェネレータ22が1回転する間に2回発生する。また、センサ12により検出される変位と角度伝達誤差との位相関係は、アクチュエータ3の交換等によりアクチュエータ3の位相が変化しても変化しない。そのため、演算部14では、センサ12により検出される変位の位相から角度伝達誤差の位相ずれを算出可能である。なお図4Aにおいて、符号401は事前測定での角度伝達誤差の初期値の時間変化を示し、符号402は事前測定でセンサ12により検出された変位の時間変化を示している。また、符号403はアクチュエータ3の交換等により位相が変化した後においてセンサ12により検出された変位の時間変化を示している。また、符号404は角度伝達誤差の位相ずれを示し、符号405は演算部14により推定された位相ずれが生じた場合での角度伝達誤差の時間変化を示している。 In this way, in the correction device 1 according to the first embodiment shown in FIG. Information indicating the phase relationship with time changes is stored, and the sensor 12 detects the displacement of the circular spline 21 as the wave generator 22 rotates. As shown in FIG. 4, both the angular transmission error and the displacement detected by the sensor 12 occur twice during one rotation of the wave generator 22. Further, the phase relationship between the displacement detected by the sensor 12 and the angular transmission error does not change even if the phase of the actuator 3 changes due to replacement of the actuator 3 or the like. Therefore, the calculation unit 14 can calculate the phase shift of the angular transmission error from the phase of the displacement detected by the sensor 12. In FIG. 4A, reference numeral 401 indicates the time change in the initial value of the angular transmission error in the preliminary measurement, and reference numeral 402 indicates the time change in the displacement detected by the sensor 12 in the preliminary measurement. Further, reference numeral 403 indicates a change over time in the displacement detected by the sensor 12 after the phase has changed due to replacement of the actuator 3 or the like. Further, reference numeral 404 indicates a phase shift of the angle transmission error, and reference numeral 405 indicates a time change in the angle transmission error when a phase shift estimated by the calculation unit 14 occurs.

次いで、制御部15は、演算部14により算出された補正値及び回転検出器11により検出された回転位置に基づいて、アクチュエータ3を制御する(ステップST304)。
以上の動作により、実施の形態1に係る補正装置1では、アクチュエータ3の位相が変化した場合でも再測定せずに角度伝達誤差を補正可能となる。
Next, the control unit 15 controls the actuator 3 based on the correction value calculated by the calculation unit 14 and the rotational position detected by the rotation detector 11 (step ST304).
With the above-described operation, the correction device 1 according to the first embodiment can correct the angular transmission error without remeasuring even if the phase of the actuator 3 changes.

また、回転検出器11は、バックアップ(位相記録)用の電池を有している。一方、従来では、回転検出器11の電池が切れた場合、電池交換による回転検出器11の原点の再校正が必要となり、その結果、波動歯車減速機2が取付けられた装置の分解が必要となる。これに対し、実施の形態1に係る補正装置1では、上記電池交換を行った場合でも、回転検出器11の電池交換前後での角度伝達誤差の位相ずれを検出可能であり、装置を分解せずに角度伝達誤差をオンラインで補正できる。 Moreover, the rotation detector 11 has a battery for backup (phase recording). On the other hand, conventionally, when the battery of the rotation detector 11 runs out, it is necessary to recalibrate the origin of the rotation detector 11 by replacing the battery, and as a result, it is necessary to disassemble the device to which the wave gear reducer 2 is attached. Become. In contrast, in the correction device 1 according to the first embodiment, even when the battery is replaced, the phase shift of the angle transmission error of the rotation detector 11 before and after the battery replacement can be detected, and the device can be disassembled. Angular transmission errors can be corrected online without any problems.

以上のように、この実施の形態1によれば、補正装置1は、波動歯車減速機2が有するフレクスプライン23を駆動するアクチュエータ3の回転位置を検出する回転検出器11と、波動歯車減速機2におけるウェーブジェネレータ22の回転に伴うサーキュラスプライン21の変位を検出するセンサ12と、センサ12により検出された変位、及び、事前測定でセンサ12により検出された変位の時間変化と波動歯車減速機2の角度伝達誤差の初期値の時間変化との位相関係に基づいて、当該角度伝達誤差の補正値を算出する演算部14と、演算部14により算出された補正値及び回転検出器11により検出された回転位置に基づいて、アクチュエータ3を制御する制御部15とを備えた。これにより、実施の形態1に係る補正装置1は、再測定を行うことなく、角度伝達誤差の位相ずれを補正可能となる。 As described above, according to the first embodiment, the correction device 1 includes the rotation detector 11 that detects the rotational position of the actuator 3 that drives the flexspline 23 of the wave gear reducer 2, and the wave gear reducer 2. The sensor 12 detects the displacement of the circular spline 21 due to the rotation of the wave generator 22 in 2, the displacement detected by the sensor 12, the time change of the displacement detected by the sensor 12 in advance measurement, and the wave gear reducer 2 A calculation unit 14 calculates a correction value for the angular transmission error based on the phase relationship with the time change of the initial value of the angular transmission error, and a correction value calculated by the calculation unit 14 and detected by the rotation detector 11 and a control section 15 that controls the actuator 3 based on the rotational position determined. Thereby, the correction device 1 according to the first embodiment can correct the phase shift of the angular transmission error without performing re-measurement.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 Note that within the scope of the present invention, any constituent elements of the embodiments may be modified or any constituent elements of the embodiments may be omitted.

1 補正装置
2 波動歯車減速機
3 アクチュエータ
11 回転検出器
12 センサ
13 記憶部
14 演算部
15 制御部
21 サーキュラスプライン
22 ウェーブジェネレータ
23 フレクスプライン
1 Correction device 2 Wave gear reducer 3 Actuator 11 Rotation detector 12 Sensor 13 Storage section 14 Arithmetic section 15 Control section 21 Circular spline 22 Wave generator 23 Flex spline

Claims (4)

波動歯車減速機が有するフレクスプラインを駆動するアクチュエータの回転位置を検出する回転検出器と、
前記波動歯車減速機におけるウェーブジェネレータの回転に伴うサーキュラスプラインの変位を検出するセンサと、
前記センサにより検出された変位、及び、事前測定で当該センサにより検出された変位の時間変化と前記波動歯車減速機の角度伝達誤差の初期値の時間変化との位相関係に基づいて、当該角度伝達誤差の補正値を算出する演算部と、
前記演算部により算出された補正値及び前記回転検出器により検出された回転位置に基づいて、前記アクチュエータを制御する制御部と
を備えた補正装置。
a rotation detector that detects the rotational position of an actuator that drives a flexspline included in the wave gear reducer;
a sensor that detects displacement of a circular spline accompanying rotation of a wave generator in the wave gear reducer;
The angle transmission is performed based on the displacement detected by the sensor, and the phase relationship between the time change of the displacement detected by the sensor in advance measurement and the time change of the initial value of the angular transmission error of the wave gear reducer. a calculation unit that calculates an error correction value;
A control unit that controls the actuator based on the correction value calculated by the calculation unit and the rotational position detected by the rotation detector.
前記センサは、前記サーキュラスプラインに対する応力又は当該サーキュラスプラインの変形を検出する
ことを特徴とする請求項1記載の補正装置。
The correction device according to claim 1, wherein the sensor detects stress on the circular spline or deformation of the circular spline.
前記演算部は、変位の発生タイミング及び事前測定での当該変位と角度伝達誤差の初期値との位相関係に基づいて当該角度伝達誤差の位相ずれを推定し、当該位相ずれに応じて当該角度伝達誤差の補正値を算出する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の補正装置。
The calculation unit estimates the phase shift of the angle transmission error based on the timing of occurrence of the displacement and the phase relationship between the displacement and the initial value of the angle transmission error in advance measurement, and adjusts the angle transmission according to the phase shift. The correction device according to claim 1 or 2, further comprising calculating a correction value for the error.
波動歯車減速機が有するフレクスプラインを駆動するアクチュエータの回転位置を検出する回転検出器と、前記波動歯車減速機におけるウェーブジェネレータの回転に伴うサーキュラスプラインの変位を検出するセンサとを備えた補正装置による補正方法であって、
前記センサにより検出された変位、及び、事前測定で当該センサにより検出された変位の時間変化と前記波動歯車減速機の角度伝達誤差の初期値の時間変化との位相関係に基づいて、当該角度伝達誤差の補正値を算出する演算ステップと、
前記演算ステップにおいて算出した補正値及び前記回転検出器により検出された回転位置に基づいて、前記アクチュエータを制御する制御ステップとを有する
ことを特徴とする補正方法。
A correction device including a rotation detector that detects the rotational position of an actuator that drives a flex spline included in a wave gear reducer, and a sensor that detects displacement of a circular spline accompanying rotation of a wave generator in the wave gear reducer. A correction method,
The angle transmission is performed based on the displacement detected by the sensor, and the phase relationship between the time change of the displacement detected by the sensor in advance measurement and the time change of the initial value of the angular transmission error of the wave gear reducer. a calculation step for calculating an error correction value;
A correction method comprising: a control step of controlling the actuator based on the correction value calculated in the calculation step and the rotational position detected by the rotation detector.
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