（1）运动仿生学（ Kinetic Biomimetics）
（2）生物感知与交互机理（ Bio-sensing and Interaction）
（3）仿生控制与系统集成（Cybernetics and Systems Integration）
（1）运动仿生学研究室
运动仿生学主要研究动物及人类双足自然行走等行走机理、行走机构、行走模式、运动学及动力学，形成新型行走仿生机构设计、行走规划和稳定控制理论及方法，从而为仿生机器人与无人系统提供新的设计思想、工作原理和系统构成。
动物及人类运动机理研究实验室：分析自然界中动物及人类运动的时空特征以及生物体运动时的内力、外力、能量和功率之间的相互关系；从其运动分析中得到启发，模拟多足高等动物及人类的运动原理，研制满足人类需求的运动系统。研究猴子和人类等动物的骨骼结构和运动机理，建立适当的计算模型，进行运动学分析、运动轨迹分析和姿态分析，为构造新型仿生机器人奠定基础。
仿生机构学研究实验室：建立仿生机构的动力学模型，利用数学分析和计算机仿真的方法分析仿生机构的稳定性；分析和模拟仿生机构的动态特性，并进行优化设计和仿真，以提高仿生机构的运动效率；研究人类、多足动物、爬行动物等的运动机理及基于环境识别的在线步态规划理论与方法；研究仿生机构的关节、感知及控制单元的机电一体化设计理论方法。
研究方向——生物感知与交互机理
仿生感知与交互主要研究生物的感知与交互机理，环境的仿生识别与适应理论、方法与物理实现，仿生自然交互模式与操作。研究机器人获取环境信息的视觉、触觉等的感知机理和物理实现，构建感知系统模型以及与周围环境的互动和情感交流模式。
生物感知实验室：重点研究人眼、鹰眼等的视觉仿生基础理论与方法，形成完整的人眼及鹰眼视觉仿生理论体系及研究方法；研究基于MOEMS微镜阵列的变焦理论、人眼视网膜非均匀映射的硬件模拟方法，形成基于人眼视觉机理的非均匀并行成像系统；研究基于折反射成像模型的全景成像理论、微小型、高灵敏度成像技术，形成低成本、高灵敏度周视成像系统等。
仿生信息系统实验室：借鉴生物获取与处理信息的机理和过程来构造多源、多尺度信息融合仿生处理系统与模式，设计基于生物感知与计算机理的多源信息融合工程模型和算法，提高对环境感知的容错性、适应性和准确性，最终实现仿生信息的融合与决策。
仿生交互实验室：研究动物与自然的交互模式，研究机器人人性化情感识别与理解，机器人与人的人性化情感交互和操作。建立多模式人机交互系统模型、机器人面部表情模型、情感模型以及人体表情与机器人表情之间的映射关系，实现仿生自然交互及相似性评价。
研究方向——仿生控制与系统集成
（3）仿生控制与系统集成研究室
仿生控制与系统集成主要研究生物的控制机理和方法，研究基于现代控制理论的仿生机器人自主控制问题，使控制系统对环境不确定性、未建模动态及被控对象自身的变化具有鲁棒性和适应性；利用人工智能、控制理论和仿生学研究机器人控制问题，赋予机器人一定的自主运动能力；同时研究仿生系统的结构优化、资源配置、组织协调等。
机器人自主行为控制实验室：研究构建基于知识的机器人自主行为控制体系结构，使机器人在尽量少的人为干预情况下以优化的方式在动态、非结构环境中完成赋予的使命；研究自主行为控制的分层结构体系、知识系统与运动规划、场景与知识信息描述、实时在线优化策略等。
群体行为学研究实验室：重点研究生物群体行为的机理、建模与仿真，模拟生物群体行为，采用数学工具和仿真方法，建立机器人群体模型和控制策略，使机器人群体协同合作完成复杂的作业任务，并进行优化，以提高协同作业任务的效率。
机器人系统集成实验室：重点研究仿生机器人和无人平台等的系统集成技术，包括系统的结构性能优化，分系统、功能和信息的统一和协调，系统之间的互连、互通和互操作，系统可靠性、安全性与兼容性等，使机器人系统的功能和性能达到最优。