Universität Stuttgart
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Item Open Access Methode zur Auslegung mikrofluidischer Bauteile für beadbasierte Analysesysteme in der medizinischen Diagnostik(2005) Kuhn, Claus; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)In der medizinischen Diagnostik werden zunehmend molekulare Methoden eingesetzt. Festphasenbasierte Analyseverfahren erlauben dabei die zunehmende Miniaturisierung der Verfahren und gewinnen immer mehr an Bedeutung. Beadbasierte Analyseverfahren sind aufgrund der höheren Sensitivität, schnelleren Bindungskinetik und höheren Flexibilität prädestiniert für die medizinische Diagnostik und existierende Ansätze der Point-of-Care Diagnostik. Die Handhabung der Beads erfolgt dabei in mikrofluidischen Bauteilen. Die Arbeit befasst sich mit der geometrischen Auslegung dieser mikrofluidischen Bauteile und mit der Entwicklung eines Simulationsmodells zur Validierung des Bauteildesigns. Die Funktion des mikrofluidischen Bauteils umfasst in der Einlaufzone die Schnittstelle zur manuellen Befüllung mit einer Beadsuspension, die parallele, ortsfeste Präsentation der Beads in der Analysekammer für die optische Detektion sowie die Abführung von Reagenzien bzw. des Trägerfluids in der Auslaufzone. In der Einlaufzone und Analysekammer liegen laminare, stationäre Zweiphasenströmungen vor. Aufgrund der komplexen strömungstechnischen Vorgänge erfolgt die Validierung der Funktionen heute hauptsächlich experimentell, was einen erhöhten Zeit- und Kostenaufwand bedeutet. Zur geometrischen Auslegung des mikrofluidischen Bauteils wird, basierend auf der Betrachtung von Partikelaggregationen, eine Beziehung zwischen den Seitenlängen der Analysekammer und dem Durchmesser der Beads abgeleitet. Die weitere Auslegung erfolgt auf Basis eines hydraulischen Widerstandmodells. Basierend auf diesen Betrachtungen wird ein mikrofluidischer Probenträger konzipiert und realisiert. Zur Evaluierung des Bauteildesigns wird ein Simulationsmodell entwickelt, welches sowohl die Zweiphasenströmung als auch den sich dynamisch ändernden hydraulischen Widerstand in der Analysekammer abbildet. Dieses Simulationsmodell beruht auf der Kombination des Euler - Lagrange Verfahrens und der Strömung durch poröse Medien. Die erforderlichen Parameter werden experimentell bestimmt. Die Validierung des Simulationsmodells erfolgt durch Experimente mit dem mikrofluidischen Probenträger. Mittels dieser Experimente werden auch die Betrachtungen zur geometrischen Auslegung verifiziert.Item Open Access Entwicklung einer Methode zur objektorientierten Spezifikation von Steuerungen(2005) Braatz, Arnulf; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. E. mult.)Der generelle Trend des steigenden Automatisierungsgrades in Produktionssystemen und die wachsende Dezentralisierung der dazu notwendigen Steuerungen haben zu einem starken Anwachsen von Software-basierten Steuerungsfunktionen in Produktionssystemen geführt. Aufgrund der Migration von Technologien aus der Informationstechnik in die Automatisierungstechnik lässt sich darüber hinaus eine weiter ansteigende Heterogenität bezüglich der Programmierung von Automatisierungsgeräten und Kommunikationssystemen beobachten. Um in diesem Umfeld komplexer werdender, Software-basierter Steuerungen kosteneffizient zu entwickeln, bedarf es einer entsprechenden Methode zur Spezifikation von Steuerungen. Ausgangspunkt hierfür sind die bewährten objektorientierten Methoden der Informationstechnik, die auf der Unified Modeling Language (UML) als Beschreibungsmittel basieren. In der Analyse der Spezifikationsmethoden und Beschreibungsmittel, die zurzeit in der Automatisierungstechnik und Softwaretechnik zur Anwendung kommen, wird gezeigt, dass diese nur in Teilen den Methoden-Axiomen, die als Anforderung verstanden werden, genügen. Weiterhin wird herausgestellt, dass sich die wichtigsten dort aufgeführten Beschreibungsmittel als Diagrammtypen in der UML wieder finden und somit eine objektorientierte Methode basierend auf der UML am besten geeignet ist, die gestellte Aufgabe zu erfüllen. Die im Stand der Wissenschaft vorgestellten Modelle aus der Automatisierungstechnik dienen im Kern zur Darstellung der System-Dekomposition von Steuerungen als mentale Modelle verstanden (Begriffsmodelle). Es wird gezeigt, dass diese Modelle mit ihren spezifischen Eigenschaften übertragen auf die UML diese als Beschreibungsmittel für Steuerungen notwendig ergänzen. Darüber hinaus wird dargestellt, dass durch die Nutzung der Erweiterungsmechanismen der UML für diese Abbildung die Anwendbarkeit, d.h. die Nutzung von Standard-CASE-Tools, erhalten bleibt. Konzeption und Entwicklung der so genannten ODEMA-Methode führen auf Basis des zu einem iterativ-inkrementellen Vorgehensmodell erweiterten Begriffs der Spezifikationsmethode und der um die entsprechenden Begriffsmodelle und Modellvorstellungen erweiterten UML zu einer objektorientierten Methode zur Spezifikation von Steuerungen. In diesem Kontext wird ein so genanntes UML-Profil für ein Plattform-unabhängiges Beschreibungsmittel entwickelt, das den Einsatz der Methode in einem Standard-CASE-Tool möglich macht. Des Weiteren werden in diesem Zusammenhang entsprechende Verfahren zur Prüfung der syntaktischen Konsistenz und semantischen Widerspruchsfreiheit eingeführt sowie deren Anwendung durch das Vorgehensmodell definiert. Die abschließend vorgenommene Anwendung und Validation der Methode anhand der Referenzfallstudie Produktionstechnik weist die Anwendbarkeit der entwickelten Methode nach.Item Open Access Automatisiertes Modellieren großflächiger Sandgussformen(2005) Schaaf, Walter H.; Westkämper, Engelbert (Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)In der Arbeit wird ein neues direktes, d.h. modelloses, Formverfahren für großflächige Sandgussformen beschrieben. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren zur direkten Herstellung von Sandgussformen, d.h. dem Fräsen vorverfestigter Formstoffblöcke und den generativen Verfahren, arbeitet das neue Verfahren durch dreidimensionales Modellieren des Gießereiformstoffes mit robotergeführten lokal wirkenden Modellier- und Verdichtungswerkzeugen. Es werden Szenarien zur Anwendung des neuen Verfahrens aufgezeigt und entsprechende Teil- und Gesamtsystemvarianten konzipiert. Die beiden wissenschaftlichen Entwicklungsschwerpunkte behandeln das Formstoffverhalten beim lokalen Modellieren und Verdichten sowie eine automatische 3D-Bahngenerierung. Die Untersuchung des Formverhaltens basiert auf neuen theoretischen Wirk- und Berechnungsmodellen, die mit einem bentonit-gebundenen Formstoffsystem und einem kalt-härtenden Furanharz-Formstoffsystem verifiziert werden. Die automatische 3D-Bahngenerierung berücksichtigt das Formstoffverhalten und liefert prozessoptimale Bahnen, die direkt in Ausführungsprogramme für Industrieroboter umgesetzt werden können. Mit Hilfe einer prototypischen Roboterzelle werden die theoretischen und experimentellen Ergebnisse an einer großflächigen Sandgussform erprobt und die Machbarkeit des automatisierten Modellierens nachgewiesen.Item Open Access Automatisiertes, stoffschlüssiges Fügen folienisolierter Flachleiter mit Oberflächenkontamination(2005) Adrian, Jörg; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Die Haupteinsatzbereiche folienisolierter Leiter liegen in Anwendungen mit der Not-wendigkeit zur Gewichts- und zur Bauraumreduzierung. Der zu erwartende steigende Einsatz der folienisolierten Flachleiter verlangt nach automatisierten Fügelösungen mit Erfüllung der elektrischen Anforderungen und Erreichung der höchstmöglichen mechanischen Festigkeit. Ziel der Arbeit ist es, wirtschaftliche Automatisierungslösungen zum stoffschlüssigen Fügen folienisolierter Flachleiter zu erarbeiten. Schwerpunkt der Arbeit ist die Ablei-tung der optimalen Fügeparameter aus einer vorherigen Oberflächenanalyse zur Sicherung einer gleichbleibenden Scherzugfestigkeit der Kontakte. Ausgehend von einer Analyse des Standes der Technik werden die unterschiedli-chen Abisolier- und Fügeverfahren, die eingesetzten Komponenten, Montagevorgänge, auftretende Fehler sowie Automatisierungshemmnisse ermittelt und darauf die Anforderungen an die Pilotanlage abgeleitet. Durch die geforderte universelle Einsetzbarkeit des Verfahrens, wird keine Einschränkung in den Abiso-lierverfahren vorgenommen. Die besten Eigenschaften unter den Fügeverfahren werden mit dem Widerstandpunktschweißen erreicht. Unter Berücksichtigung des ausgewählten Verfahrens werden die notwendigen Untersuchungs- und Entwick-lungsschwerpunkte abgeleitet. Zur Vorausberechnung der Prozessparameter ist die Aufnahme der Abisolationsrückstände notwendig. Basierend auf diesem Ergebnis ist die Berechnung der Parameter des Fügeprozesses möglich. Die entwickelten Verfahren wurden in den Teilsystemen konzipiert und in einer Ver-suchszelle realisiert. Das prozessüberwachte Fügen konnte in der Versuchszelle nachgewiesen und eine hohe Verfügbarkeit und gute Wirtschaftlichkeit in den durch-geführten Versuchsreihen gezeigt werden. Das entwickelte Berechnungsverfahren wurde mit den durchgeführten Versuchen gut verifiziert. Damit wurde die Umsetzbar-keit des prozessüberwachten Fügens mit höchstmöglicher Scherzugfestigkeit nachgewiesen werden.Item Open Access Integriertes Qualitätsinformations- und Recherchesystem für die dokumentierte Prüfung von Bauteilen(2005) Recknagel, Matthias; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Mit Hilfe der Qualitätsdatenrecherche wird es möglich, die bei der Prüfung von Bauteilen erfassten und in einer Datenbank gespeicherten Messwerte zu einem späteren Zeitpunkt nach beliebigen Signalformen zu durchsuchen. Dadurch können beispielsweise Bauteile, die sich längst im Einsatz befinden, nachträglich auf Fehlermerkmale untersucht werden, die zum Zeitpunkt der ursprünglichen Prüfung noch nicht bekannt waren oder hinsichtlich ihres Risikos falsch eingeschätzt wurden. In Verbindung mit einer geeigneten Kennzeichnung der Teile und einer entsprechenden Dokumentation der weiteren Verwendung wird so an Stelle aufwändiger Rückrufaktionen ein gezielter Zugriff auf die betroffenen Bauteile möglich. Um die Qualitätsdatenrecherche flexibel und ohne spezielle mathematische Kenntnisse nutzen zu können, erfolgt die erneute Bewertung der gespeicherten Daten mit einer Suchfunktion, die mit Hilfe von beispielhaft zur Verfügung stehenden Signaldatensätzen an das zu erkennende Muster adaptiert wird. Die Ergebnisse der Suche werden visuell überprüft und können bei Bedarf für eine erneute Adaption des Systems zur verfeinerten Suche verwendet werden. Die praktische Anwendung der Qualitätsdatenrecherche wird am Beispiel der Ultraschallprüfung von Hüllrohren für Brennstäbe beschrieben. Die von der Prüfeinrichtung erfassten Signale enthalten Informationen über den Ort und die Art des im Werkstück vorliegenden Fehlers. Archiviert man die bei der ursprünglichen Prüfung erfassten Ultraschallsignale, so erlaubt die Qualitätsdatenrecherche, diese zu einem späteren Zeitpunkt nach neuen Fehlermerkmalen bzw. den sie repräsentierenden Signalformen zu durchsuchen. In Verbindung mit einer individuellen Kennzeichnung der geprüften Bauteile erlaubt die Qualitätsdatenrecherche so, auf bereits im Einsatz befindliche Bauteile gezielt zugreifen zu können, wenn diese infolge neuerer Erkenntnisse fehlerhaft sind oder ein erhöhtes Risiko darstellen.Item Open Access Entwicklung eines Verfahrens zum präzisen Punkt- und Linienauftrag von hochviskosem Leitkleber mit einem geregelten Mikrodosiersystem(2005) Othman, Nabih; Westlämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E. h. Dr.-Ing. E. h. Dr. h. c. mult.)Bei der Dosierung von Leitkleber für die Montage mikroelektronischer Bauteile sind die exakte und einfache Einstellbarkeit sowie die Erzeugung und Einhaltung einer hohen Volumenkonstanz beim Klebstoffauftrag die wichtigsten Anforderungen. Bei der Vielzahl an Einflussparametern beim Mikrodosieren (Dosierabstand, Dosierdruck, Verfahrgeschwindigkeit des Roboters und Einstellparameter des Dosierverfahrens etc.) ist heutzutage in den meisten Fällen ein aufwendiges Einfahren des Dosierprozesses und ein zusätzlicher Kontrollschritt in Form einer miniaturisierten Sensorik bzw. eines Bildverarbeitungssystems zur Überwachung des Klebstoffauftrags erforderlich. Beides ist verbunden mit einem hohen Zeit- und Materialaufwand und macht eine Steigerung des geforderten Automatisierungsgrads nur bedingt möglich. Methoden zur Bestimmung des optimalen Dosierabstands zwischen der Dosiernadel und dem Substrat sowie zur Ermittlung des optimalen Verhältnisses von mittlerer Strömungsgeschwindigkeit des Klebers aus der Dosiernadel zur Roboterverfahrgeschwindigkeit existieren zurzeit nicht. Dosiersysteme, die den Druck, die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Klebers und andere Parameter mit Hilfe geeigneter Sensorik überwachen und regeln, sind am Markt nicht erhältlich. Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Verfahren, das aus einer Mikrodosiermethode und einem Mikrodosiersystem zum präzisen Punkt- und Linienauftrag von hochviskosem Leitkleber besteht, entwickelt. Dazu wurden die Faktoren und Parameter betrachtet, die bei einem Dosiervorgang eine besondere Rolle spielen. Der Schwerpunkt der Dissertation liegt auf der Entwicklung eines geregelten Mikrodosiersystems mit einer Druck- und Abstandsüberwachung und der Ermittlung optimaler Dosierparameter, wie der optimale Dosierabstand, Dosierdruck und das Verhältnis von der Verfahrgeschwindigkeit des Roboters zu der Austrittgeschwindigkeit des Klebstoffs aus der Dosiernadel, die den präzisen Punkt- und Linieauftrag von hochviskosem Leitkleber sicherstellen.Item Open Access Ein Modell zur Bestimmung der monetären Einsparungspotenziale bei der Durchführung einer Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA)(2005) Haffner, Andreas; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Firmen stehen heute unter einem enormen Wettbewerbs- und Kostendruck. Obwohl Untersuchungen belegen, dass durch den Einsatz von Qualitätsmanagementmetho-den die Wettbewerbsfähigkeit enorm gesteigert werden kann, werden die Methoden zur Risikominimierung und Fehlerfindung nicht flächendeckend angewendet. Ursa-che hiefür ist, dass aufgezeigte Verbesserungspotenziale nicht monetär bewertet werden können. Vielmehr liegen die berechneten Einsparungspotenziale exorbitant neben den in den Büchern fixierten Kosten, wie Ausschuss- und Nacharbeitskosten. Mit dem Ziel, Kostenberechnungen zur Bestimmung von Einsparungspotenzialen in die FMEA zu integrieren, wurde in dem neuen Modell die klassische Fehlerbewer-tung der FMEA weiterentwickelt. Es wurden hierzu neue Kennzahlen definiert und in den Ablauf integriert. Grundlage für diese Weiterentwicklung ist zunächst eine veränderte Betrachtungs-weise der FMEA. Die bekannten Zusammenhänge zwischen Fehlerfolge, Fehler und Fehlerursache werden durchtrennt, indem die FMEA auf Basis von 4-Ebenen aufge-baut wird. Die Einführung von 4-Ebenen: • Merkmalsebene, • Knotenebene, • Wirkungsebene und • Ursachenebene dient dazu, die komplexen und mathematisch schwer beschreibbaren Zusammen-hänge einer FMEA-Fehlerbaumstruktur zu simplifizieren. Sie vereinfachen die Dar-stellung aus Prozesssicht (Merkmalsebene) und aus mathematischer Sicht (Grundur-sachenebene/Ursachenebene). Dennoch sind alle Kennzahlen einer klassischen FMEA gültig und anwendbar. Um die Kosten bestimmen zu können, erfolgt zunächst eine Unterteilung der Kosten in: • Primärkosten, • Sekundärkosten und • Tertiärkosten. Weiterhin ist Definition und die Einführung neuer Kennzahlen erforderlich, um in den späteren Schritten sowohl die entsprechenden Kosten, als auch die Einspa-rungspotenziale bestimmen zu können. Diese neuen Kennzahlen sind: • Die Anzahl der gefertigten Teile (nges), um bei der Angabe der Auftretens-wahrscheinlichkeit eines Fehlers die Anzahl der fehlerhaften Teile bestim-men zu können. • Den Anteil Ausschuss zu Nacharbeit (als ANA bezeichnet), dieser wird be-nötigt, da unterschiedliche Kosten für Nacharbeits- und Ausschussteile ent-stehen. Weiterhin können, im Gegensatz zu Ausschussteilen, nachgearbeitete Teile dem Wertschöpfungsprozess wieder zugeführt werden. Die Ausschuss- und Nacharbeitskosten werden direkt der Verursacherkategorie zugeordnet. • Korrekturkosten (QKorrektur), Einmalkosten zum Abstellen der Fehlerursache. • Die Herstellkosten zum Zeitpunkt x (K(Herstellung)x), um damit die Ausschuss-kosten zum Zeitpunkt x berechnen zu können. • Die Nacharbeitskosten zum Zeitpunkt x für das Merkmal K(Nacharbeit)x, um damit die Nacharbeitskosten berechnen zu können. Mit diesen Kennzahlen, der Einführung der 4 Ebenen und der Ausrichtung der FMEA am Wertschöpfungsprozess ist es möglich, die monetäre Bewertung der ein-zelnen Risiken sowie die Ausschuss- und Nacharbeitskosten zu bestimmen. Zusätz-lich ist eine wirtschaftliche Bewertung des Ist-Prozesses möglich.Item Open Access Agent based diagnostic system for the defect analysis during chemical mechanical polishing (CMP)(2005) Kumar, Akhauri Prakash; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)The rapidly changing technological characteristics of Integrated Circuits (i.e. their compactness and density) require a very high surface planarity and uniform surface topography of the starting substrate material (wafer). The IC manufacturers are demanding wafers with continuously decreasing defect densities, very tight tolerances and very short delivery times, from the wafer manufacturers. The in-situ defect detection, the real-time analysis of non-visual defects, the simultaneous differentiation of multiple defect types and the high capture rates of the detected defects are turning out to be the major challenges for the wafer manufacturers. The current wafer manufacturing process is very complex and has already a very high technical and organizational availability. As a final step in the manufacturing process of wafers, CMP process has emerged as a critical technology for achieving the required global planarization. The high complexity of the CMP process makes the localization (i.e. to find out the defected area, the type and the cause) and control of the process and machine parameters responsible for defect origination during a process run very difficult. This leads to intolerable machine downtimes, caused by the time-consuming defect localization procedures. The deductions of corrective actions and the establishment of correlations between the detected defects and the process parameters are mostly based on the long year CMP process experience of the process engineers. To analyze the investigated defects is to correlate these defects with the drifts and shifts of process and machine parameters offline, i.e. after the defects are already there. Nevertheless, none of the process control approaches showed the adaptability to continuously changing process and production characteristics in the production environment. The time representation of the properties of process and machine parameters was not implemented by the investigated process control algorithms, and none of them provided much information about the chemistry of the CMP process. The core of the research work is to develop and implement an agent based diagnostic system for defect analysis during CMP process for the studied CMP process machine. The system should detect the origination of defects at a very early stage during the wafer manufacturing process. It should reduce the defect densities, improve the reliability and accuracy of the process run by in-situ observation of the CMP process, provide the corresponding corrective actions to the process engineer, reduce the risk of defect occurrence, adapt to the changing CMP processing characteristics and environment and observe explicitly the changing time-dependent properties of process and machine parameters. The system thus deployed in the production environment shows the detection of the origination of defects at a very early stage. It provides mechanisms to exactly localize and characterize the origination of these defects, to achieve high defect detection reliability and repeatability and to increase its detection performance. After the learning process, the system provides exactly the cause, involved behavioral pattern characteristics, related process step, the involved process parameter and machine parameter behaviors for the detected defect origination characteristics to the CMP process expertise. Its integration with CMP process controller in the production environment thus facilitates in-situ detection of the origination of defects.Item Open Access Fähigkeitsorientierte Montageablaufplanung in der direkten Mensch-Roboter-Kooperation(2005) Beumelburg, Katharina; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Ein neu entwickeltes Montagekonzept, bei dem Mensch und Roboter ohne trennende Schutzeinrichtungen zusammenarbeiten und das zu einer „angepassten Automatisierung“ führt, ist die direkte Mensch-Roboter-Kooperation. Sie ermöglicht eine flexible Arbeitsteilung zwischen Mensch und Roboter, durch die beide entsprechend ihrer spezifischen Fähigkeiten optimal „zusammenarbeitend“ eingesetzt werden können. Um ein solches System Herstellkosten senkend einzusetzen, wird ein an die Fähigkeiten und Prozesszeiten angepasster Montageablauf mit einer entsprechenden Arbeitsteilung benötigt. Die Entwicklung von fähigkeitsorientierten Montageabläufen für die direkte Mensch-Roboter-Kooperation stellt eine komplexe, von einer Vielzahl von Einflussgrößen abhängige Aufgabe dar. Innerhalb des Entwicklungsprozesses für solche Montageabläufe sind dabei insbesondere durch die gewünschte Fähigkeitsorientierung, die die Nutzung der Mensch-Roboter-Kooperationszelle erst sinnvoll möglich macht, und den enormen Kostendruck in der Montage eine Vielzahl von Zielkriterien und Randbedingungen zu beachten. Da bisher bei den Entwicklungswerkzeugen für Montageabläufe in hybriden Montagesystemen ein deutliches Defizit hinsichtlich der Fähigkeitsorientierung besteht und es keine Möglichkeit zur Berücksichtigung kooperativer Montageschritte bei der Montageablaufplanung gibt, wird in dieser Arbeit die Entwicklung eines Verfahrens und die Implementierung eines Programmsystems formuliert, welches die diesbezüglichen Anforderungen erfüllt und dem Anwender die fähigkeitsorientierte Montageablaufplanung für die Mensch-Roboter-Kooperationszelle ermöglicht.Item Open Access Eine modulare Kontrollarchitektur für den Hol- und Bringdienst von Roboterassistenten(2005) Hans, Matthias; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c.)Seit Anfang der 90er Jahre wird der Einsatz der Serviceroboter als intelligente Diener des Menschen (so genannte Roboterassistenten) als interessanter Zukunftsmarkt propagiert. Für Hersteller und Anwender werden derartige Roboterassistenten genau dann interessant, wenn diese ein großes Spektrum variierender Tätigkeitsfelder abdecken können. Dafür müssen die Roboterassistenten über eine modulare Kontrollarchitektur verfügen, die eine Adaption an verschiedene Tätigkeitsfelder ermöglicht. Bisherige Roboterassistenten existieren nur als frühe Prototypen in wenigen Forschungslabors. Sie sind in der Regel Spezialisten für eine bestimmte Anwendung. Entsprechend sind die Kontrollarchitekturen für diese Roboterassistenten sehr speziell. In der Forschung haben sich zwar ein paar grundlegende Prinzipien für Kontrollarchitekturen von mobilen Agenten im Allgemeinen etabliert, diese finden aber in Roboterassistenten kaum Anwendung. Parallel existieren aus dem Forschungsbereich der Künstlichen Intelligenz leistungsfähige Planungssysteme. In der vorliegenden Arbeit wird exemplarisch der Hol- und Bringdienst systematisch analysiert und es werden Anforderungen für eine konsequente Modularisierung der Verhaltenskontrolle sowohl des Verhaltens selbst als auch der Teilsysteme der Kontrollarchitektur abgeleitet. Kern der Arbeit ist die Konzeption und Entwicklung eines neuen Ausführungsmoduls, das die weiteren Teilsysteme Mensch-Maschine-Schnittstelle, Wissensbasis, Planungssystem und Robotersteuerung miteinander verbindet und eine robuste Verhaltenskontrolle ermöglicht. Dazu wird das Verhalten aus einzelnen, modularen, so genannten Aktionen zusammengesetzt, deren Kombination einerseits abstrakt geplant wird und die sich andererseits während der Ausführung an die aktuelle Situation in der Umgebung des Roboterassistenten anpassen. Störsituationen in der Ausführung werden erkannt und mit der Initiierung spezieller, ggf. interaktiver Aktionen behandelt. Für die symbolische Beschreibung der Aktionen und der Umwelt wurde eine geeignete Ontologie neu entwickelt und in einer Wissensbasis umgesetzt. Zum Nachweis der Anwendbarkeit der modularen Kontrollarchitektur wurde diese auf dem Roboterassistenten Care-O-bot II des Fraunhofer IPA implementiert. Das Ausführungsmodul wurde in einer modernen Skriptsprache programmiert. In einer beispielhaften Wohnungsumgebung hat der Roboterassistent die Robustheit seines Verhaltens gegenüber wechselnden Umgebungsbedingungen und gegenüber Störungen bewiesen. Die Modularisierung gestattet eine einfache Erweiterung der Fähigkeiten durch Hinzufügen einzelner Aktionen ohne Neuprogrammierung.