Compliant mechanisms are important in robotics because they can improve adaptability, safety, and energy efficiency while reducing hardware complexity. This paper presents SPiralRoll, a novel torsion-spring-based underactuated compliant mechanism for rolling robots and compliant robotic actuation. The mechanism uses arc-distributed elastic members and two motor inputs to realize three physically observable output motions: rotational motion, radial expansion/contraction, and axial spin induced by nonlinear compliant deformation. Two configurations, namely full-arc and single-arc designs, are developed and experimentally evaluated. Beyond benchtop validation, the mechanism is integrated into a spherical rolling robot, where proof-of-concept experiments demonstrate forward rolling and turning. The results show that the full-arc design provides better structural support and smoother deformation, whereas the single-arc design yields larger deformation and stronger inertial excitation, making it more suitable for pendulum-driven rolling locomotion. Overall, SPiralRoll provides a low-cost, compact, and fully 3D-printable solution for underactuated compliant rolling robots and adaptive robotic joints.


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