運行機構，包括水平運行機構和垂直提升機構。水平運行機構使堆垛機能夠在貨架巷道內水平移動，一般由電機、減速器、車輪等組成。電機通過減速器將動力傳遞給車輪，驅動堆垛機沿著巷道軌道運行。垂直提升機構用于使載貨臺和貨物在垂直方向上下移動，常見的有鋼絲繩提升方式和鏈條提升方式。鋼絲繩提升具有運行平穩、速度快等優點；鏈條提升則相對更可靠，承載能力強。控制系統是堆垛機的“大腦”。它可以是簡單的PLC（可編程邏輯控制器）控制系統，也可以是更復雜的計算機控制系統。控制系統能夠接收來自倉庫管理系統（WMS）的指令，控制堆垛機的運行、停止、貨物存取等操作，并且可以實現對堆垛機的速度調節、位置精確控制以及故障檢測等功能。
單伸位堆垛機的工作原理當接到存儲貨物的指令時，單伸位堆垛機首先通過水平運行機構移動到指定的貨架列位置。然后，垂直運行機構將載貨臺提升到合適的高度。相對后，單伸位貨叉向貨架方向伸出，將貨物放置在貨架的貨位上。在取出貨物時，堆垛機先定位到貨物所在的位置，貨叉伸出把貨物從貨架上取回，載貨臺下降，然后堆垛機水平移動到出庫口或者其他指定位置。由于貨叉只能單方向伸出，所以在貨架設計和貨物存儲布局上需要考慮這一特點，一般貨架會設計成適合單伸位貨叉操作的形式，如單深貨架。
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