针对煤矿生产中煤矸石分拣问题提出了机器人分拣方案，并对机器人在跟踪和分拣煤矸石时出现延时、抖动、冲击、分拣速度低等现象进行了分析和讨论。通过分析发现，出现这些现象的主要原因是煤矸石属于大质量、快速移动分拣对象，同时决定了机器人机械本体具有较大的惯性负载，传统的跟踪算法由于较大的数据量不适于机器人对大质量、动态目标的快速跟踪与稳定抓取。针对该问题，本文结合实际工况以及不同追踪方法的优点，提出了基于余弦定理-PID的动态目标抓取算法。首先，利用梯形速度运动规律进行了轨迹规划，并建立了带有圆弧过渡的门字型轨迹；然后，对动态环境下的大质量、动态目标抓取问题建立了数学模型，并针对该数学模型提出了基于余弦定理-PID的动态目标抓取算法。该算法首先通过余弦定理计算出机器人理论抓取点，控制机器人快速到达理论抓取点后，再通过位置-速度双环PID算法控制机械臂末端与煤矸石进行同步。算法测试结果表明：该算法通过余弦定理计算出理论抓取点，能在很大程度上减小机械臂跟踪煤矸石时间，并使得机器人末端快速逼近目标，提高跟踪效率，并通过位置-速度双环PID算法控制机械臂末端与煤矸石进行同步，以保证机械手对煤矸石进行稳准抓取，有效解决了机器人在抓取过程中出现的延迟、抖动和冲击问题。样机实验结果表明：利用该算法能使煤矸石分拣机器人以最优时间进行大质量、动态目标的稳准抓取，单机器人抓取速度可达25次/min，验证了算法的准确性、高效性与稳定性。