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本學科設有三個研究方向：
機械現代設計方法學：現代設計技術與方法研究、產品數字化動態設計、虛擬設計與仿真技術、產品設計優化及可靠性分析、產品創新設計。
機械傳動學：現代傳動技術與理論的研究、新型機械傳動設計制造技術，包括非圓齒輪低速大扭矩液壓馬達產業化研究、非圓傳動節能抽油機、新型限滑差速器等。
機電一體化系統設計及應用：機電系統設計與性能分析的研究，在機器人工程應用技術、液下機器人和管道機器人技術研發方面取得進展；機械系統動力學與控制研究，包括多體系統動力學與控制、機器人運動規劃與控制、航空器姿態動力學與控制、復雜纜索非線性動力學與控制等。
該學科目前已完成和正在完成的國家自然科學基金、北京市自然科學基金課題多項。