本发明提供了一种用于宇航员微低重力模拟的外骨骼式人机背架系统，包括三维旋转机构、外骨骼支架机构和重力矩补偿机构，所述外骨骼支架机构与所述三维旋转机构转动连接；所述重力矩补偿机构设置在所述三维旋转机构上，并与所述外骨骼支架机构连接。本发明中的用于宇航员微低重力模拟的外骨骼式人机背架系统通过在三维旋转机构上设置重力矩补偿机构，以连接三维旋转机构与外骨骼支架机构，用于在外骨骼支架机构随宇航员三轴旋转时补偿重力矩，以模拟出宇航员在三个旋转自由度方向上的失重，从而真实模拟宇航员在微低重力环境中的体感。