本发明公开了一种可弹性补偿轴线位移的膝关节外骨骼装置，属于外骨骼结构设计技术领域。该装置包括位移补偿机构、大腿构件、两套尺寸调整机构和两套绑缚机构，大腿构件与位移补偿机构以转动副相连，两组尺寸调整机构分别与大腿构件和位移补偿机构螺钉连接，两套绑缚机构分别与两套尺寸调整机构通过楔形块锁紧盒连接。本发明通过位移补偿机构来补偿人体膝关节轴线在矢状面内的位移，降低由于外骨骼转动副轴线与人体膝关节转动轴线不重合产生的不舒适性；通过尺寸调整机构调整绑缚机构在人体腿部的位置，并可与髋关节、踝关节模块通过调整杆相连；通过绑缚机构中的L型调整杆调整绑缚轴线在其垂直面内的位置，适应不同腿部尺寸的绑缚需求。