Unbemannte Luftfahrzeuge bieten ein hohes Einsatzpotential für die automatisierte Durchführung von Inventur-, Inspektions- und Vermessungsprozessen und können Transportprozesse flexibilisieren. Der übergeordnete Forschungsgegenstand dieser Dissertationsschrift ist daher die Erforschung eines autonomen Flugrobotersystems (AFRS) für den Einsatz im Produktions- und Logistikumfeld. Hierfür wird zunächst eine Gesamtsystemarchitektur für ein AFRS vorgestellt, welche den aus dem industriellen Anwendungsfeld entstehenden Anforderungen gerecht wird und die zur Realisierung eines vollautomatisierten Flugbetriebs notwendigen Systemkomponenten, Fähigkeiten und Schnittstellen bietet. Zusätzlich werden Methoden zur präzisen, aufgabenangepassten Lokalisierung der autonomen Flugroboter (AFR) erforscht und Redundanzanforderungen berücksichtigt. Den zweiten Forschungsgegenstand bildet die Entwicklung eines geeigneten Luftraummanagement- und Routenplanungssystems. Unter Berücksichtigung des dreidimensionalen Arbeitsraums und der vorherrschenden Platzverhältnisse sollen dabei unter vorgegebenen Bedingungen optimale Flugpfade für die AFR bestimmt und gleichzeitig Kollisionen während des fehlerfreien Flugs zuverlässig ausgeschlossen werden. Der dritte Teil der vorliegenden Arbeit umfasst die Erforschung und Umsetzung einer umfassenden Sicherheitsarchitektur für den Einsatz von AFR unter Berücksichtigung von Redundanz- und Sicherheitsanforderungen. Der Fokus liegt dabei auf der Entwicklung einer Methode zur Prädiktion, Erkennung und Maskierung von Systemfehlern. Weiterhin wird eine Methode vorgestellt, die es ermöglicht, während des Flugs Personen im Umfeld der AFR zu erkennen und das Flugverhalten der AFR in geeigneter Weise anzupassen. Abschließend wird ein leistungsfähiges AFRS umgesetzt und dieses anhand von umfassenden Simulationen sowie von Flugversuchen im Laborumfeld und unter realen Anwendungsbedingungen evaluiert. Die Evaluationsergebnisse validieren die theoretischen Forschungsinhalte und demonstrieren die Leistungsfähigkeit des erforschten AFRS.