減輕機械臂自重，不僅能有效提高機器人工作效率、精準性和安全可靠性，還可以在長週期工作環境中降低能源消耗，增加環境友好性。要在滿足強度和剛度等效能要求的前提下，最大限度地降低機械臂的自身重量，材料選擇與機械臂設計兩方面都同等重要。
一是儘可能地採用碳纖維複合材料替代傳統金屬材料實現機械臂本體的輕量化。
使用工業機器人是現代製造業的典型標誌，不僅是在批次化、高強度作業中有重要作用，在一些具有危險性或者不適於人類工作的惡劣環境中，以及在一些精度要求較高的作業中，其作用更加明顯。例如國內碳纖維零部件製造商智上新材料科技有限公司為國家電網提供的一款巡檢機器人用碳纖維機械臂管，為鐵道工程部門提供的一款隧道勘探機器人用碳纖維可伸縮臂管等等，都已在實際應用中發揮出理想的效能優勢。
作為一種高強度、高模量的高效能先進複合材料，碳纖維複合材料在強度方面遠高於鋼鐵等傳統金屬，但是要比鋼鐵輕很多，比輕質的鎂合金強度又高很多，能夠適用於重工業的高強度工作任務，與既輕又廉價的鋁合金相比，碳纖維材料在較大溫差下不容易發生蠕變，有助於提升機械手臂操作的穩定性和精準性。
雖然碳纖維複合材料的應用成本比鋁合金等傳統金屬要高很多，但在機械臂的長期使用中，最初的材料成本將以低能耗、高效率和長使用壽命等形式予以價值回饋。因此，除了主操作臂外，大型結構框架、型材梁等部位也可儘量使用碳纖維複合材料製作，這種材料有助於機械臂實現輕質化、高剛性、精確定位和高速度的完美效能表現。
二是
利用有限元分析
等技術
對
碳纖維複合材料
機械臂
的
結構設計和鋪層進行最佳化
。
機械臂在實際使用過程中需要承受來自端部和自身重力這兩方面的載荷。碳纖維複合材料雖然強度較高，但是其材料具有各向異性以及容易撕裂的缺陷，因此，在採用這種材料製作機械臂時需要進行復雜的應力計算，透過不同方案的效能對比，實現機械臂的結構最佳化。
以智上新材料科技有限公司的一款智慧機器人用碳纖維矩形機械臂為例，在滿足原定的變形量要求下，仿照老款鋁合金材質的矩形機械臂製作出相同結構的等壁厚碳纖維複合材料矩形機械臂，兩者相比，碳纖維機械臂僅相當於鋁合金機械臂重量的42％，減重效果十分明顯。
在此基礎上，為充分發揮出碳纖維複合材料可設計性的優勢，智上新材料科技有限公司與機械臂設計人員通力合作，嘗試改變原有的等壁厚設計，採用變壁厚設計，根據機械臂的實際受力點不同，對該機械臂的壁厚鋪層進一步最佳化。最終，變壁厚碳纖維機械臂比等壁厚碳纖維機械臂的重量進一步降低了約11％。
輕量化設計必須結合材料實際情況進行，智上新材料的研發人員強調，採用碳纖維複合材料製造機械臂時，如果過渡區域的鋪層變化過大，就比較容易產生應力集中現象。因此，機械臂設計者在追求最輕薄化設計的同時，還需要考慮機械臂的整體應力水平，在二者之間實現平衡，才能結構剛度和輕量化效應兼得。
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