在机械臂的轻量化中，碳纤维扮演了重要的角色。传统的机械臂多是采用金属材质，例如铝合金、钢，此外，一些自动检测装置、管路、冷却装置等也都会安装在机械臂上，由于机械臂是一个典型的悬臂梁结构，自身的质量对机械臂本身会产生很大的影响，所以如果想要实现在满足静、动态性能的同时，还减小机械臂质量，可以通过选择合适的结构和选择密度轻的材料来实现机械臂的轻量化。
工业机器人在实际使用的过程中，不同结构、不同位置、不同工种对机械臂的材质要求并不相同。碳纤维材料虽然优势突出，但是并不是适用于机器人的每个部位，在设计中应该与其他种类的材料协调使用，以达到佳效果。比如，机器人关节处需要承受高运转的工作负荷，并且磨损大、应力大，使用碳纤维复合材料可以实现轻量化，从而减少因自重产生的磨损，并且可以满足应用需求。在承重要求不高的部件可以采用蜂窝或者是中空结构，同时可以实现轻量化和强度需求。
碳纤维复合材料强度很大，但其轴向抗拉强度大，纵向上却较容易撕裂，所以必须通过相应的应力计算才能使其具有更好的可靠性和安全性。另外，科学的计算有利于提高碳纤维复合材料在机器人应用中的价值。在定制设计中，碳纤维会针对碳纤维机械臂强度等方面的需求进行有限元分析，不仅能够满足客户的特殊需求，并且可以提升碳纤维复合材料零件的市场竞争力和占有率。
不同的成型工艺对碳纤维制品的影响是直接体现的，所以在制造的过程中，对碳纤维预浸料的铺层设计进行优化，可以达到近似“0”的热变形效果，可以显著降低碳纤维机械臂的变形率，提高整体的性能。根据机构提供的实验数据，同是100cm长度的铝合金机械臂零件与碳纤维机械臂零件，在室温12℃中放置相同时间，终铝合金机械臂零件变化0.13mm，而碳纤维则无变化，这对操作要求十分精准的机械臂来说尤为重要。