該方向重點圍繞汽車、工業機器人、智能裝備領域，開展機構拓撲結構創新、功能結構化設計、運動學及動力學分析與仿真方法等共性關鍵技術的研究。
在機構拓撲結構創新和功能結構化設計方面，重點進行汽車中諸如懸架、玻璃升降器、雨刮和閉合件操作機構以及工業機器人中的少自由度并聯機構的拓撲結構綜合和實用化研究，探索其概念設計的一般規律以及建立此類機構的候選運動鏈和功能結構化實例，設計出新穎、合理、有用的機構。并進行氣-液-電-磁-作動器與連桿機構一體化、模塊化和可重構化的系統設計理論與方法的研究。
在機構運動學和動力學分析與仿真研究方面，主要開展基于旋量理論的誤差建模、性能評價以及參數分析和優化方法的研究。對諸如懸架導向機構、少自由度并聯機器人機構等典型機構進行深入研究，挖掘和改善其運動學及動力學性能，擴充及創新其在汽車、工業機器人和智能裝備中的應用。并采用現代分析手段和軟件工具，進行機構優化設計和性能仿真評價，開展仿真標準與規范以及性能評價指標、模型和標準體系的研究。
