本发明公开了一种五自由度非平面表面增材制造机器人，包括底座旋转组件、大臂组件、小臂组件、腕部组件、手部组件；大底座旋转组件上设置控制大臂组件绕第一转轴进行旋转的第一控制组件；大臂的下部设置控制大臂绕第二转轴进行旋转的第二控制组件；小臂的一端通过第三控制组件与大臂的上端相连，第三控制组件控制小臂绕第三转轴进行旋转；腕部壳体通过第四控制组件与小臂的另一端相连，第四控制组件控制腕部壳体绕第四转轴进行旋转；手部组件包括喷嘴，喷嘴通过第五控制组件与腕部组件相连，第五控制组件控制喷嘴绕第五转轴进行旋转。本发明中的机器人共有五个自由度，能够满足各种复杂动作的高精度执行的需要。