堆垛起重机也称堆垛机，是立体仓库中最重要的起重运输设备，是代表立体仓库特征的标志。它的最大的作用是在立体仓库的通道内来回运行，将位于巷道口的货物存入货架的货格，或者取出货格内的货物运送到巷道口。
堆垛机主要由下横梁、载货台、货叉机构、立柱、上横梁、水平运行机构、起升机构、电控柜、安全保护设施和电气控制管理系统等几大部分组成。
堆垛机整体的结构主要由上横梁、立柱、下横梁和控制柜支座组成。上、下横梁是由钢板和型钢焊接成箱形结构，截面性能好，下横梁上两侧的运行轮轴孔在落地镗铣床一次装夹加工完成，确保了主、被动轮轴线的平行，来提升了整机运行平稳性；立柱是由方钢管制作，在方钢管两侧一次焊接两条扁钢导轨，导轨表明上进行硬化处理，耐磨性好。在焊接中采用了具有特殊装置的自动焊接技术，有效克服了整体结构的变形；上横梁焊于立柱之上，立柱与下横梁通过法兰定位，用高强度螺栓连接，整个整体的结构具有重量轻、抗扭、抗弯、刚度大、强度高等特点。
载货台是通过起升机构的动力牵引做上下垂直运动的部件，由垂直框架和水平框架焊接成的L形结构，垂直框架用于安装起升导轮和一些安全保护设施。水平框架采用无缝钢管制成，完全能满足载货的要求。
起升机构是由驱动电机、卷筒、滑动组和钢丝绳组成，用于提升载货台做垂直运动。
货叉伸缩机构是由动力驱动和上、中、下三叉组成的一个机构，用于垂直于巷道方向的存取货物运动。下叉固定于载货台上，三叉之间通过链条传动做直线式伸缩。
堆垛机共采用了上下水平导轮和起升导轮三组导轮装置，上下水平导轮分别安装在上下横梁上，用于导向堆垛机沿巷道方向做水平运动。起升导轮安装于载货台上，沿立柱导轨上下运动，导向载货台的垂直运动，同时通过导轮支撑荷重，并传递给主体结构。
立体仓库堆垛机使用先进的自动化物流仓储设备，实现立体库存储的自动化管理，达到及时自动为输送线补给缸体组芯和空托盘，同时在输送线上实现及时为下一工位输送货物，控制采用手动、自动两种形式，更灵活处理输送时出现的异常问题。