構造体をclone()するためには(@Rust)

これは以下のRust by exampleに出てくる演習問題に関連しますが、

https://doc.rust-jp.rs/rust-by-example-ja/primitives/tuples.html

Rustでは色々な作法の一つですが、演習1と2を適用するためにclone()を使おうとしましたが、clone()するためには#[derive(Clone)]を該当の構造体の前に追加しないといけません、実際のコードではDebugが存在しているのでそれに追加。この指定をしないと、method `clone` not found for this struct(@22行目)と言われてコンパイルできません。

#[derive]アトリビュートは、特定のtraitを標準実装させる機能です。

行列を入れ替えるだけなら、method使ってもいいですが、それだとimpl fmt::Display for Matrixは機能しません。impl Matrixtとしても、Matrixの型情報は引き継がないようです。
use std::fmt;

// Tuples can be used as function arguments and as return values.
// タプルを関数の引数及び返り値として使用している。
fn reverse(pair: (i32, bool)) -> (bool, i32) {
    // `let` can be used to bind the members of a tuple to variables.
    // `let`でタプルの中の値を別の変数に束縛することができる。
    let (int_param, bool_param) = pair;

    (bool_param, int_param)
}

// using method to transpose
impl Matrix {
    fn transpose(&self) -> (f32, f32, f32, f32) {
        (self.0, self.2, self.1, self.3)
    }
}

// transpose function
fn transpose(tran: Matrix) -> Matrix {
    let mut trans = tran.clone();
    trans.2 = tran.1;
    trans.1 = tran.2;
    trans
}

// The following struct is for the activity.
// 以下の構造体は後ほど「演習」で用いる。
#[derive(Debug, Clone)]
struct Matrix(f32, f32, f32, f32);

fn main() {
    // A tuple with a bunch of different types.
    // 様々な型を値に持つタプル
    let long_tuple = (
        1u8, 2u16, 3u32, 4u64, -1i8, -2i16, -3i32, -4i64, 0.1f32, 0.2f64, 'a', true,
    );

    // Values can be extracted from the tuple using tuple indexing.
    // インデックスを用いて、タプル内の要素を参照できる。
    println!("Long tuple first value: {}", long_tuple.0);
    println!("Long tuple second value: {}", long_tuple.1);

    // Tuples can be tuple members.
    // タプルはタプルのメンバになれる
    let tuple_of_tuples = ((1u8, 2u16, 2u32), (4u64, -1i8), -2i16);

    // Tuples are printable.
    // タプルはプリント可能である。
    println!("tuple of tuples: {:?}", tuple_of_tuples);

    // But long Tuples (more than 12 elements) cannot be printed.
    // しかし長すぎるタプル(12要素より多いもの)はプリントできない
    //let too_long_tuple = (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13);
    //println!("Too long tuple: {:?}", too_long_tuple);
    // TODO ^ Uncomment the above 2 lines to see the compiler error
    // TODO ^ 上記2行のコメントを外して、コンパイルエラーになることを確認

    let pair = (1, true);
    println!("Pair is {:?}", pair);

    println!("The reversed pair is {:?}", reverse(pair));

    // To create one element tuples, the comma is required to tell them apart
    // from a literal surrounded by parentheses.
    // 要素を1つしか持たないタプルを作成する場合、括弧で囲まれたただのリテラル
    // と区別するため、カンマが必要になる。
    println!("One element tuple: {:?}", (5u32,));
    println!("Just an integer: {:?}", (5u32));

    // Tuples can be destructured to create bindings.
    //タプルを分解して別の変数にそれぞれの値を代入
    let tuple = (1, "hello", 4.5, true);

    let (a, b, c, d) = tuple;
    println!("{:?}, {:?}, {:?}, {:?}", a, b, c, d);

    let matrix = Matrix(1.1, 1.2, 2.1, 2.2);
    println!("{:?}", matrix);

    impl fmt::Display for Matrix {
        fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
            writeln!(f, "({} {}) \n ({} {})", self.0, self.1, self.2, self.3)
        }
    }

    println!("Formatted Matrix {}", matrix);

    let tran = matrix.transpose();
    println!("Using method {:?}", tran);

    println!("Transposed Matrix {}", transpose(matrix));
}
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組んでみたけども、

隙間を塞ぐスカート(隙間テープ貼り付け)貼り付けて、電池(ニッケル水素電池直列4本)で駆動してみるけど、ファンの回転に元気がない。

電源電圧見てみるとほぼ半分に低下、つまり電流多すぎて電池内部抵抗でドロップしているから、この解は駄目そうで、普通にドローン用のリチウム電池使うしかなさそう。

ただし、ファンの回転数にccwとcwで差をつけてやると全体が自転しようとするから、ドローンと同じ理屈で姿勢制御はできそうです。

 

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プロペラ四発始めて同時に廻った

遅々としてますが、ヒートシンクも付けて、micro:bitのP0/P1/P2/P8ピンをPWM制御に使って、モーターを駆動してみました。

まだ電池ケースを実装していない、両面テープで貼り付け対応、ですが電池交換する時には両面テープから剥がさないとPWMコントローラーが巨大化したのでそこにつかえてしまうので対応できません。

電池ケース以外では、micro:bitの電源どうするかですが、単三NiH電池の3本直列ぐらいの電圧を供給するのが適切なので、電池ケースの1本分から引き出す方法も考えないといけない。

ホーバークラフトの機能として一番大切な浮上に関しては、スカートを作成してやらないとだめで、隙間テープを貼り付けてその役割をさせるつもり。

 

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PWM制御ボード手作り

ヒートシンクは必要そうなので、Amazonで購入したヒートシンク貼り付け。基盤はユニバーサルで、台(3Dプリンタ)作り直さなくて済むように取り付け穴を流用するので、対称形になっていません。

ヒートシンクの熱抵抗はそれほど低くなさそう(両面テープ貼り付け)なので、これはやってみるしか解らない。

 

回路図は前の記事と全く同じです。

 

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MOS FETに変えてみた

FET到着したので、動かしてみた。makecodeのmiicro:bitのコードはPWM制御で以下のようなもの。周期とdutyは適宜変更しますが、

回路図はこんな感じで、ゲートの入力容量(800PFぐらいあります)の突入電流抑制の抵抗とゲート解放を避けるための抵抗の追加、モーターの逆起電力を逃すためのダイオードを追加しています。

バラックで組み立て、

Duty100%だと放熱フィンが必要そうですが、前回の熱抵抗とオン抵抗の高い制御ICに比較すると大幅に改善されました。

今までの経緯を見てみると、Telloの電池が容量1,100mAhで継続時間13分ということはおよそ4C放電だから、モーターサイズはTelloとほぼ同じだから、モーター1個あたりおよそ1Aは流れる勘定。モーターの規格に書いてある0.15Aは全く根拠のない数字らしい。従って、制御系は最初の選択では全く能力不足。

P.S. ドローンの回転数上げると羽根が飛んでいくので対策(プロペラだけは売ってなさそう)考えないと。何回か抜き差しすると接合緩くなるのが原因。

 

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サーマルプロテクションが掛かる

組んでみたけど、以下のリンクのレギュレーターでは電力が大きすぎて(?)制御しきれず、ICがチンチンとなってサーマルプロテクション掛かるのでまともに動かない。最初からこんなにコンパクトで、電力制御できるかという疑問はあったけれども、

 

https://isehara-3lv.sakura.ne.jp/blog/2023/11/23/パーツ(その2)-ホーバークラフト/

仕様からオン抵抗を抜き出すと、

ほぼ0.5Ωとかだと普通の電力用FETは10mΩ以下だから随分高い値だからロスも大きいということなんだろう。まして回転方向制御のために2個のFETが直列に入るからおよそ1Ωという大きな抵抗だからね。

回転方向の制御とかやらないから、シンプルにパワーFET一個でコントロールするやり方に変えよう。

 

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3Dプリンタ(メンテナンス関連)

一夏使っていなかった3Dプリンタ、造形がうまくいかない、というかラフト作成がメチャクチャ。『校正』でみてみると、マットの距離が1mm近くずれている(校正はヘッドとマットの間でA4の紙が軽く抵抗があるぐらいに設定しますが、紙が全く動かない状態)のが原因で、校正やり直すと写真のように綺麗にラフトを作り始めた。

 

したがって、

① メカものなのでだんだんズレるので、3ヶ月に一度ぐらいは『校正』しましょう。

② 3Dプリンタをしばらく使わないときにはフィラメントは排出(交換の前半だけ実施)しておきましょう。吸湿してパイプの中でバラバラに分解します。吸湿したフィラメントは簡単にポキポキ折れます。

③ 使う前にフィラメント乾燥はやはり面倒なので、低湿度に管理された保管ケースは必要。

 

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ホーバークラフトの原理試作

まずはきちんと浮かせることが出来るかどうかを検証しました。

空気室はホームセンターで調達の発泡丼、そこにモーターとプロペラ固定用のアダプタを3Dプリンタで造形して嵌め込み。

 

外部電源で4.8V(単三のNiH電池四直を想定)を与えると、元気に浮き上がりました。元気すぎてひっくり返りますが、

空気室への取り付け方と、全体(4個の空気室)の結合方法考えて、改善したものを4個と全体保持機構(これはアイディアこれから)を作ります。

 

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nullのRustでの代替え手段(@Rust)

Rustには例外処理もnullもありませんが、これはRustの思想そのもの。例外処理やnullが無い代わりに、その機能をサポートする手段として、enumとしてのResultOptionがあるということになります。

https://doc.rust-lang.org/std/option/

を参照すると、”Type Option represents an optional value: every Option is either Some and contains a value, or None, and does not.“であり、Rustでは標準的に使われる機能になります。

とありますが、Optionは実は、以下のようなenumになっていて要素としてはNoneとSome(T)が存在してます。

pub enum Option {
    None,
    Some(T),
}

通例では、Optionはパターンマッチングと一緒に使われて、rust-lang.orgの以下のサンプルコードを見ると、match resultでマッチング処理を行なっています。

fn main(){
   fn divide(numerator: f64, denominator: f64) -> Option {
        if denominator == 0.0 {
            None
        } else {
            Some(numerator / denominator)
        }
    }

    // The return value of the function is an option
    let result = divide(10.5, 1.5);

    // Pattern match to retrieve the value
    match result {
        // The division was valid
        Some(x) => println!("Result: {x}"),
        // The division was invalid
        None => println!("Cannot divide by 0"),
    }
}

Optionに限らずResultも類似のやり方で処理されます。

いずれにしてもRust固有の記法というように見えます。

 

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