本发明公开了一种转动关节机械臂重力补偿机构，其包括机架、非圆齿轮行星轮系和平面涡卷弹簧，所述机架包括一个平面涡卷弹簧外端固定杆，所述非圆齿轮行星轮系包括系杆、行星轴、转动轴、固定圆太阳轮、行星圆齿轮、非圆太阳轮、行星非圆齿轮，所述圆太阳轮通过法兰固定在机架上，所述系杆与行星轴套接，行星轴两端分别与行星圆齿轮和行星非圆齿轮连接，其中行星圆齿轮与固定圆太阳轮啮合，行星非圆齿轮与转动非圆太阳轮啮合，所述转动轴随非圆太阳轮旋转，所述平面涡卷弹簧内端通过销与转动轴连接，外端与机架固定杆连接，所述系杆为输入构件，其非圆齿轮行星轮系使转动轴输出一定量的转角，进一步地平面涡卷弹簧发生扭转，从而产生反平衡力矩，本发明专利结构简单，运动平稳可靠，重力补偿精度高，且适用于连续回转机构。