本实验室定位于为我国经济和社会发展、国家安全和重大科学工程提供所需要的机器人技术与系统，研究机器人学基础理论与方法、发展可行技术和平台样机系统，培养和汇聚从事机器人学研究的高水平人才，推动我国机器人技术的可持续发展，建设具有国际先进水平的国家重点实验室。根据这一定位，实验室的研究方向是：面向发展具有感知、思维和动作能力的先进机器人系统，研究机器人学基础理论与方法、机器人系统集成技术和机器人应用技术，包括：
1） 环境适应性机构设计理论与方法  
    - 环境交互动力学与高效应机构设计
    - 机器人机构动态优化设计理论与方法
    - 超冗余刚-柔-软构型设计与刚度调控机制
2)  网络协同与自主控制
    - 自主控制理论方法与技术研究
    - 群体机器人网络协同与分布决策
    - 行为网络系统理论
3） 智能感知与人机共融
    - 人机共享环境的感知与理解
    - 多模态感知与自主学习
    - 行为安全机制与自然交互
4)  微纳机器人基础科学与系统
    - 纳米尺度环境感知与建模
    - 微纳操控与微纳驱动
    - 微纳生物检测和生物制造
5） 智能机器人系统技术与装备
    - 重大科学工程中的机器人系统
    - 面向国家安全的机器人技术与系统
    - 机器人化制造装备与系统