Vorweg:
Ich hab sowas (mangels Roboterarm) noch nicht ausprobiert.

Wie wärs wenn Du dem Roboter einen Laserpointer in die "Hand" drückst und ihn damit die gewünschten Positionen anfahren lässt.
Am Ziel ist ein Spiegel angebracht, der den Strahl auf eine etwas weiter entfernte Leinwand wirft. Die Punkte könnten dann ja manuell übernommen werden.
Wenn dann diese Leinwand auch noch aus einem Lichtsensor (CCD Chip oder ähnlichem besteht), könnten auch kleine Abweichungen gut gemessen werden.