Die Programmierung autonomer mobiler Robotiksysteme unterliegt einer Reihe einzigartiger Anforderungen, welche sich von denen der konventionellen Softwareentwicklung und der Programmierung stationärer Roboter deutlich unterscheiden. Trotz stark eingeschränkter Onboard-Kapazitäten und damit beschränkter Rechenleistung müssen Echtzeit-Bedingungen bei der zeitlichen und räumlichen Interaktion eines Roboters mit seiner Umgebung eingehalten werden. Darüber hinaus erschweren die hohe Komplexität der zahlreichen Hardware- und Software-Komponenten eines Roboters, die hohen Unsicherheiten in der sensorischen Wahrnehmung sowie in der Interaktion mit der Umwelt erheblich das Testen, die Fehlersuche, die Überwachung und die Analyse von Roboterprogrammen. Die vorliegende Dissertation behandelt die besonderen Anforderungen der Laufzeiteffizienz von Middleware für autonome Roboter. Die entwickelte Methodik reduziert den Overhead beim lokalen Austausch von Informationen in Nachrichten-basierter Kommunikation und ist transparent für die beteiligten Endpunkte. Außerdem wird die publish/subscribe-basierte Kommunikation um effiziente Filterungsmechanismen erweitert, welche bereits auf der Erstellerseite angewendet werden, wodurch eine erhebliche Reduzierung der notwendigen Ressourcen erreicht wird. Darauf aufbauend werden Methoden zur verteilten Aufzeichnung und synchronisierten Wiedergabe von Daten entwickelt, die eine nachträgliche effiziente Fehlersuche und Analyse unter Berücksichtigung sämtlicher intrinsischer Daten mehrerer Roboter sowie von externen Videos ermöglichen. Die Offline-Analyse von umfangreichen Datenbeständen, welche üblicherweise einen sehr zeitintensiven und fehleranfälligen Vorgang darstellt, wird durch automatisierte Analysemöglichkeiten erheblich beschleunigt und ermöglicht nachträglich eine objektive Bewertung und Auswertung autonom agierenden Teams kooperierender Roboter. Die entwickelten Konzepte wurden sowohl in der Robotik-Middleware RoboFrame als auch dem OpenSource-Projekt Robot Operating System (ROS) umgesetzt. Die dabei entstandene Software dient als Basis einer ganzen Reihe realer Anwendungen mit radgetriebenen, vierbeinigen und humanoiden, autonomen Robotern.