堆垛机是核心设备在整个自动化立体仓库中，通过手动操作、半自动操作或全自动操作实现把货物从一处搬运到另一处。它由机架、水平行走机构、提升机构、载货台、货叉及电气控制系统构成。
堆垛机通过以实现取送货物的功能在立体仓库中做X、Y、Z方向的三维运动。由行走、提升和货叉三个驱动机构完成作业要求，采用国际先进伺服控制系统和绝对认址系统进行全闭环控制，配合条码或激光测距等高精度认址方式，实现堆垛机高精度运行。
堆垛机分为桥式堆垛起重机和巷道式堆垛起重机两种。在桥式起重机的基础上结合叉车的特点发展起来的桥式堆垛起重机。有可升降的货叉在从起重小车悬垂下来的刚性立柱上，立柱可转动绕垂直中心线，因此比叉车作业时所需要的小与货架间需要的巷道宽度相比。在两侧高架轨道上运行的起重机支承，除一般单元货物外还可堆运长物件。起重量和跨度较小时也可在悬挂在屋架下面的轨道上运行，这时它的起重小车可以过渡到邻跨的另一台悬挂式堆垛起重机上。
立柱可以是单节的或多节伸缩式的。结构简单、较轻的单节立柱，但不能跨越货垛和其他障碍物，适用主要有货架的仓库。一般有2～4节立柱的多节伸缩式，可以跨越货垛，因此也可用于使单元货物直接堆码成垛的无架仓库。起重机可以在地面控制，也可在随货叉一起升降的司机室内控制。额定起重量一般为0.5～5吨，有的可达20吨，主要用于高度在12米以下、跨度在20米以内的仓库。
专用于高架仓库的堆垛机是巷道式堆垛起重机。45米左右高度的仓库采用这种巷道式堆垛起重机。在货架之间的巷道内起重机运行，主要用于搬运单元货物装在托盘上或货箱内的；也可按出库要求拣选货物出库由机上人员，将堆垛起重机开到相应的货格前。巷道式堆垛起重机由起升机构、运行机构、货台司机室和机架等组成起升机构采用钢丝绳或链条提升。一根或两根立柱的机架，沿立柱升降的货台。货台上的货叉可以伸向巷道两侧的货格存取物品，巷道宽度比货物或起重机宽度大15～20厘米。货叉一般为三节伸缩式，用齿轮齿条传动或链传动实现伸缩。这种起重机大多在地面上的一根钢轨上运行，水平轮装在顶部。
