本发明公开一种球窝式仿生关节润滑薄膜测量装置，包括台架、摆动系统、变载加载系统和显微镜系统，钢球与关节臼杯形成球副配合，摆动系统中的移动板能够带动钢球沿水平方向往复运动，移动板带动钢球连接杆运动，使得钢球在凹槽内往复摆动，与此同时，变载加载系统中的施力组件向杠杆板施力，带动杠杆板绕转动支点杆转动，从而利用加载轮向竖直位移板施力，竖直位移板与上台面沿竖直方向产生相对滑动，带动钢球摆动。利用本发明的球窝式仿生关节润滑薄膜测量装置，能够实现钢球在要求角度内摆动，使得润滑膜的厚度测量能够在变载情况下进行，符合IOS标准中关于人类膝关节承受周期变化载荷的要求。