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本学科设有三个研究方向：
机械现代设计方法学：现代设计技术与方法研究、产品数字化动态设计、虚拟设计与仿真技术、产品设计优化及可靠性分析、产品创新设计。
机械传动学：现代传动技术与理论的研究、新型机械传动设计制造技术，包括非圆齿轮低速大扭矩液压马达产业化研究、非圆传动节能抽油机、新型限滑差速器等。
机电一体化系统设计及应用：机电系统设计与性能分析的研究，在机器人工程应用技术、液下机器人和管道机器人技术研发方面取得进展；机械系统动力学与控制研究，包括多体系统动力学与控制、机器人运动规划与控制、航空器姿态动力学与控制、复杂缆索非线性动力学与控制等。
该学科目前已完成和正在完成的国家自然科学基金、北京市自然科学基金课题多项。